Проект «Маяк: стать звездой
Космические исследования
Время космических первопроходцев напоминало эру динозавров: космос осваивали крупные государственные компании, технологии, так или иначе связанные с космосом, были намертво засекречены, связаны с гостайной и военными ведомствами, и единственным способом, позволявшим приблизиться к космосу, было лишь стать частью этой команды. Похоже, мы застали тот самый переходный период, когда рядом с динозаврами появились первые млекопитающие, которым предстояло завоевать мир: на космической сцене появляется все больше проектов частных компаний, на МКС приглашают туристов, в космос, как в "Гостье из будущего", запускаются студенческие и любительские спутники, а над созданием биологических замкнутых систем для выживания лунных и марсианских экспедиций работают школьники.
Ракета-носитель «Союз-2.1а», которая доставила на орбиту спутник «Маяк», на космодроме Байконур
Фото: Фото предоставлено пресс-службой проекта «Маяк»
14 июля ракета-носитель "Союз-2.1а" с разгонным блоком "Фрегат" доставила на орбиту космический аппарат дистанционного зондирования Земли "Канопус-В-ИК" и группу малых спутников из 72 аппаратов. На орбиты вышли несколько студенческих спутников, одним из которых стал "Маяк". Этот проект оказался первым сразу в нескольких категориях: это первый российский спутник, построенный энтузиастами космоса, это первый российский спутник, средства на создание которого собирались на краудфандинговой платформе, это первый спутник, оснащенный технологией аэродинамического торможения, и наконец, это первый спутник, основная цель которого — стать звездой.
Идея создания "Маяка" принадлежит Александру Шаенко — инженеру с десятилетним опытом работы в космической отрасли, одному из разработчиков ракет-носителей "Ангара-А5" и KSLV-1, обсерватории "Миллиметрон", частного спутника DX1, "Селеноход", а в настоящее время — преподавателю бакалаврской программы "Современная космонавтика" в Университете машиностроения (Московский политехнический университет), популяризатору космонавтики и создателю объединения энтузиастов космоса "Твой сектор космоса" и Летней космической школы.
Астрономия вернулась в школу
С 2017/2018 учебного года в российских школах астрономия вновь вводится как обязательный предмет. Начало преподавания — с 1 сентября 2017 года или с 1 января 2018 года (на усмотрение каждой конкретной школы). Предполагается изучение астрономии в 10-м и 11-м классах (если предмет уже изучался в рамках вариативной части учебной программы — только в 11-м). Общий объем курса должен составлять не менее 35 часов, ЕГЭ по астрономии не планируется.
Астрономия в российской средней школе преподавалась уже с первых послереволюционных лет, систематически и по единой программе — с 1932 года. В 1991 году астрономия была исключена из списка базовых школьных предметов, в 2008 году ее преподавание практически прекращено (из-за отсутствия одобренных учебников).
Сколько стоит звезда
В 2014 году Александр Шаенко читал научно-популярные лекции о космонавтике в рамках проекта "Космос от моря до моря". Однажды после лекции к нему подошел слушатель и спросил: "А как можно запустить что-нибудь в космос? Например, можно ли запустить в космос кирпич?" Александр ответил, что кирпич запустить можно, но есть ли кирпич на орбите, нет ли его — не важно, потому что кирпич не будет виден даже в самый хороший телескоп. "А как сделать, что бы его было видно?" И так в обсуждении совершенно абстрактного вопроса "что нужно сделать для того, чтобы кирпич на орбите был виден с Земли" возникла идея создания солнечного отражателя. Решили создать спутник, который смог бы стать самой яркой звездой на небе и напоминать всем, что космонавтика — не удел богов и гигантских корпораций и что каждый человек, если захочет, сможет что-то сделать для космоса: например, запустить в космос спутник и зажечь в небе звезду.
Было решено, что в проекте будет использоваться спутник формата CubeSat: это кубики размером 10x10 см, которые можно соединить по три штуки. Они очень удобны тем, что на многих ракетах стоят контейнеры для их запуска. Контейнер представляет собой коробку с крышкой и пружиной, которую прижимает установленный спутник. После команды запуска крышка открывается, и пружина, распрямляясь, выталкивает спутник. Одновременно с запуском отжимаются кнопки, установленные на самом спутнике, он включается и начинает работу.
Когда проект спутника был разработан, команда стала искать компанию, которая взялась бы за запуск. Стоимость запуска у российской компании "Космотрас" и голландской ISIS составляла около 8 млн руб.
"У нас не было вообще ничего,— говорит Александр.— Мы просчитали бюджет и поняли, что кроме средств на спутник надо собирать еще дополнительно восемь миллионов на запуск. Но потом к нам неожиданно пришел представитель компании "Главкосмос", и предложили запускать "Маяк" по программе студенческих запусков. Я был удивлен тем, что они, во-первых, сами к нам пришли и, во-вторых, предложили запуск абсолютно бесплатно".
Проект "Маяк" без преувеличения можно назвать общенародным: спутник частично изготовлен на средства, собранные на платформе Boomstarter (примерно 2,4 млн руб.), принимать участие в работе над спутником мог любой желающий, внесший хоть какое-то пожертвование (как говорит Александр Шаенко, "мы, как Том Сойер, продавали возможность красить забор"), техническая сторона проекта обсуждалась в социальных сетях, причем именно обсуждения помогли скорректировать инженерные решения.
В 2015 году проект "Маяк" взяла под свое управление команда рекламного агентства 12.digital (группа КБ-12). Компания инвестировала в проект около 2 млн руб., которые пошли на закупку оборудования и инженерные работы. Также компанией была проведена самая успешная в России краудфандинговая программа в сфере инженерных технологий.
Обычно краудфандинговые проекты строятся по следующей схеме: сначала запускают краудфандинг, собирают деньги и только потом начинают что-то делать. С "Маяком" получилось иначе: краудфандиновая компания была открыта в середине работы над проектом.
"Мы посчитали, что это круто,— говорит коммерческий директор проекта Александр Панов.— И с точки зрения инвестиций это может быть прибыльно. На момент окончания сборов мы были самым крупным технологическим краудфандинговым проектом в России. Больше собирали только на культурные и творческие проекты — на технологии больше никто никогда не собирал. Но этой суммы, несмотря на то что она была рекордной в истории России, все равно бы не хватило. Поэтому мы заранее понимали, что будем привлекать спонсоров".
Этим спонсором проекта стал Рокетбанк. Любопытно, что команда "Маяка" оценивает команду Рокетбанка как похожую на них: они тоже начали свой бизнес маленькой командой, и также никто не верил, что они смогут добиться успеха.
"Четыре года назад им говорили, что они не смогут сделать банк. Нам рассказывали, что мы не сможем запустить спутник,— говорит Александр Панов.— И Рокетбанк решил нас поддержать, потому что мы такие же, как и они: они нас поддержали не только финансово, но и потому, что мы оба пытаемся изменить этот мир. И с точки зрения маркетинга это уникальный проект — еще ни одна компания в мире не запускала собственный космический аппарат".
Благодаря банку разработано мобильное приложение, которое позволит следить за спутником, причем с ним связаны остроумные акции банка: в момент пролета "Маяка" банк увеличивает кэшбэк и дарит различные бонусы клиентам банка.
Также огромную помощь проекту оказали компании, которые предоставили возможность бесплатно протестировать летный аппарат на устойчивость к вибрации, условиям вакуума и экстремальных температур.
Самый яркий спутник 60-х
Одним из самых ярких спутников за всю историю космонавтики стал спутник NASA Echo 1, который представлял собой спутник-баллон из тонкой полиэфирной пленки с алюминиевым напылением для отражения радиосигнала. Спутник был запущен в 1960 году и должен был обеспечить ретрансляцию радиосигнала между двумя станциями на Земле. После выведения на орбиту спутник-баллон был надут ацетальдегидом, его диаметр составил 30,5 м. Большой объем и зеркальная поверхность сделали его самым ярким искусственным спутником на ночном небе: его видимая звездная величина достигала -1m. Для сравнения: видимая звездная величина Солнца составляет -26,7m, полной Луны — -12,74m, Венеры — -4,67m, Сириуса — -1,47m.
Спутник «Маяк» в транспортировочном состоянии
Фото: Фото предоставлено пресс-службой проекта «Маяк»
Лучшая фигура для звезды
Сначала участники проекта предполагали создать спутник с отражателем в виде огромного пузыря, который можно будет на орбите заполнить газом. Но подсчеты показали, что его отражающая способность не будет очень высокой: шар отражал бы свет только одной точкой, и вспышка, по оценкам, была бы не очень яркой. Наиболее яркой отражающей способностью обладала бы одна большая плоскость-зеркало, но ее бы приходилось постоянно "наводить", причем достаточно точно, потому что при малейшем отклонении "зайчик" был бы не виден на Земле. Участники команды провели исследование, в котором просчитали яркость вспышки у спутников разной формы: "таблетки", пирамиды, додекаэдра и сферы. В итоге было решено создавать пирамиду, которая была оптимальна и как отражатель, и как наиболее простая и удобная конструкция для сборки.
"Сделать кругляшок для спутника так, чтобы он уместился в маленький спутник, открылся при запуске и был большим по размеру, сложно технически; сделать сферу легко, но она не даст яркой вспышки, а сделать додекаэдр очень сложно. В итоге мы пришли к выводу, что нам больше всего подойдет пирамида",— объяснил Александр Шаенко.
Изначально пирамиду предполагалось надувать — у надувных конструкций самое лучшее соотношение между объемом до надувания и после. Пирамиду предполагалось создать полностью из металлизированной пленки толщиной в несколько микрометров, причем ребра пирамиды формировались бы тоже из трубок, склеенных из нескольких слоев пленки — как надувной бассейн. Надувать будущую звезду предполагалось карбонатом аммония.
"Чтобы вас поставили к дорогому тяжелому спутнику, над которым работали много лет, вы должны доказать, что ваш спутник абсолютно безопасен для других аппаратов,— говорит Шаенко.— Поэтому мы не могли использовать кислоты, дымовые шашки, сжатый воздух, и мы искали нетоксичное вещество, которое можно было бы легко привести в газообразное состояние, в котором соотношение газа и вещества было бы максимальным. И мы нашли карбонат аммония, который давно используется в пищевой промышленности как разрыхлитель теста: при нагревании он разлагается на аммиак, углекислый газ и воду. Мы решили, что мы наполним им наши трубочные каркасы, но обнаружилось, что, во-первых, при обратном охлаждении смесь снова переходит в порошок, а во-вторых, пленка, из которой предполагалось сделать каркас, не держит давление из-за пор пленки. Поэтому отказались от идеи надувного каркаса и решили сделать жесткий каркас, который будет наматываться на барабан".
Жесткий каркас, который при разматывании образовал ребра пирамиды, решили сделать из обычных рулеток. Через 30 секунд после запуска из контейнера "Маяк" открывает коробку с пленкой, и включается механизм, рулетки разматываются, образуя три жестких ребра, растягивают прикрепленную к ним пленку. В итоге получается пирамида с тремя жесткими боковыми гранями, а основание пирамиды образуют мягкие грани пленки.
Решение, позволившее создать пирамиду, одновременно повлияло на то, что "Маяк" не смог стать самой яркой звездой на небе, как это планировалась в самом начале. Любопытно, что это уточнение в проект помог внести спор в комментариях к публикации на Geektimes, где читатели не согласились с тем, что "Маяк" станет вторым по светимости после Луны.
"Спор был реально очень полезный. Изначально предполагалось, что спутник будет виден с Земли как звезда благодаря тому, что на нем установлена трехметровая пирамида из майларовой пленки. Сначала мы рассчитывали, что на пирамидальном отражателе пленка будет натянута очень туго, как на барабане, и будет очень гладкой — в этом случае получается маленькое зеркальце, которое отражает солнечные лучи на тебя и потом на Землю. В начале работы над проектом мы посчитали, что вспышки будут видны с Земли как вторые по светимости после Луны. Но когда мы начали работу, то стало понятно, что пленка после разворачивания сохраняет рисунок "гармошки", в которую ее складывали, и идеально гладкой поверхности не получится. Этот рельеф приводит к тому, что зеркало становится хуже и немного рассеивает свет, и из-за этого снижается яркость. И ребята из комментариев построили довольно сложную математическую модель и вычислили, что вспышка будет чуть-чуть ярче, чем Сириус. Так мы поняли, что "Маяк" не будет вторым по светимости после Луны: его светимость будет между Венерой и Сириусом".
К "Маяку" были и другие претензии: например, зарубежные астрономы предположили, что он будет мешать наблюдать небо, внося свою долю в световое загрязнение. Но эта претензия, по мнению Александра, абсолютно надуманная: по небу с 1957 года летает очень много спутников, в настоящее время существует каталог всех спутников, размеры которых превышают 5 см, и астрономы уже научились учитывать спутники при наблюдениях и вычитают из принятой картинки.
"Наш спутник не делает ничего такого, чего не делали бы другие,— объясняет Александр.— Таких вспыхивающих спутников много, но люди, которые не в курсе этого процесса, думают, что спутники вообще не видно. Мы просто будем одним из ярких спутников, и наше отличие в том, что мы это сделали сами".
Пирамидальный отражатель имеет оптимальную форму, а также наиболее прост и удобен для сборки
Фото: Фото предоставлено пресс-службой проекта «Маяк»
Александр Шаенко: руководитель образовательной программы
"Основная цель проекта — популяризаторская: мы запустили "Маяк", чтобы повысить привлекательность космонавтики, космических исследований и научно-технического образования в среде молодежи. Также "Маяк" позволит проводить различные научные исследования. Мы испытаем устройство, которое потенциально можно будет использовать для сведения с орбиты космического мусора: спутник будет быстро снижаться благодаря раскрытой на орбите пирамиде, которая резко увеличит баллистический коэффициент. Представьте, что у вас есть спутник-пушинка и спутник-дробинка: они имеют одну массу, но разную площадь. Поэтому спутник-пушинка будет быстрее тормозиться, быстрее снижаться, так как на этой высоте еще есть атмосфера, тормозящая его движение. Как мы полагаем, если на спутники, срок работы которых подходит к концу, ставить конструкции, резко увеличивающие их площадь, то такие спутники смогут быстрее снижаться, входить в плотные слои атмосферы и не пополнят ряды космического мусора. Так, без тормозного устройства "Маяк" при своей массе просуществовал бы на орбите около трех лет, а с пирамидой он пробудет на орбите всего один месяц".
"Зачем мы запускаем "Маяк"? В первую очередь, чтобы изменить отношение к космонавтике. Мы считаем, что сейчас у нас в космонавтике ситуация не самая лучшая: она развивается на том импульсе, который был задан тогда, когда Гагарин полетел в космос, а Армстронг высадился на Луну. После тех прорывов все пошло по нисходящей. Космические программы, заявленные государством, то и дело переносятся и срываются. Но сейчас ситуация меняется, и стало возможно частным компаниям, отдельным небольшим командам реализовывать свои собственные космические проекты. Те, кому важно, нужно и интересно заниматься космосом, могут не смотреть ролики на YouTube и не считать лайки, а объединиться и реализовать свои проекты. И наши дальнейшие проекты тоже будут связаны с тем, чтобы сделать какие-то полезные штуки для освоения дальнего космоса. Например, мы не были на Луне с 1972 года. Выросло не одно поколение людей, которые просто не видели ничего грандиозного в своей жизни в космической сфере. И мы, вероятно, будем делать проекты по запуску замкнутых биологических систем — этот тот вклад, который, возможно, сможет привнести какой-то новый импульс в космонавтику".
Расположение элементов ракеты-носителя «Союз-2.1а» с разгонным блоком «Фрегат»
Фото: Фото предоставлено пресс-службой проекта «Маяк»
Испытания звезды
Все детали и устройства "Маяка" прошли испытания, которые смогли подтвердить, что "Маяк" действительно сможет развернуть отражатель. Так, отбор не прошла пленка, из которой предполагалось сделать систему закручивания на том же карбонате аммония: как показали испытания, она пропускала бы реагент, и поэтому от системы закручивания пришлось отказаться. Зато все испытания прошли вся промышленная электроника и обычные промышленные батарейки: на первом испытании их морозили и нагревали, затем собрали в макет и снова проверили в климат-камере. Второе испытание аппарат в сборе прошел в вакуумной камере. Только после того как аппарат показал, что он сможет работать в этих условиях, был собран летный экземпляр, который также был проверен в вакуумной камере, на вибростенде, ударном стенде и центрифуге,— было важно понять, что он выдержит вибрацию, не развалится на кусочки и не повредит другие спутники.
К сожалению, «Маяк» не стал яркой звездой. Причины пока не ясны, но есть предположения, что отражатель не раскрылся полностью. Радиопередатчик на спутнике не установлен, и сейчас команда ищет "Маяк" с помощью расчетов и наблюдений. Известно, что "Маяк" был в группе из 24 малых аппаратов и все они вышли на целевые орбиты. Теоретически «Маяк» будет быстро снижаться и через месяц сойдет в плотные слои атмосферы и сгорит, а команда начнет делать другие интересные и необходимые для развития космонавтики вещи: например, собирать спутник с замкнутыми биологическими системами, без которых, как известно, невозможно создавать лунные и марсианские базы.