Канадские космические аппараты контроля космического пространства (2015)

Капитан 2 ранга Е. Хабаров,
кандидат технических наук;
капитан-лейтенант Л. Мурманов

Активное освоение человечеством околоземного космического пространства (ОКП) привело к значительному его насыщению различного рода объектами искусственного происхождения. Средствами контроля космического пространства (ККП) США регулярно наблюдается и каталогизировано до 20 тыс. объектов размером более 10 см. Около 7% их числа являются действующими космическими аппаратами (КА), а остальные представляют собой так называемый орбитальный космический мусор (ОКМ).

Примерно 1/5 часть космического мусора приходится на долю крупных низкоорбитальных объектов типа отработанных верхних ступеней и разгонных блоков ракет-носителей, а 4/5 составляют сопутствующие запускам технологические элементы, прекратившие функционирование КА, а также обломки и фрагменты, образовавшиеся в результате столкновений и испытаний кинетических комплексов противоспутникового оружия. Самыми засоренными являются наиболее часто используемые для работы КА области ОКП - низкие околоземные и геосинхронные орбиты. По причине невозможности регулярного наблюдения с помощью существующих наземных локационных средств за объектами размером менее 10 см оценка общего количества фрагментов ОКМ в ОКП, которое составляет не менее 150 тыс. единиц, осуществляется на основе статистических методов.

Таблица 1 Характеристики универсальной мини-платформы ССТЛ-150
Масса сухая, кг	103
Масса полная, кг	153
Срок активного существования, лет	5-7
Размеры платформы, мм	911x773х699
Размеры базового контейнера для полезной нагрузки, мм	851x723x330
Система стабилизации	Трехосная, с реактивными колесами и магнитными торсиомерами
Скорость поворота вокруг любой оси, град/с	1
Бортовая аккумуляторная батарея, тип/емкость	Li-lon/15 А* ч
Солнечная батарея, материал/площадь, м2	Галлий-арсенид/1,15
Напряжение бортовой сети, В	28-33
Двигательная установка, тип/топливо	Электрореактивный двигатель /ксенон
Таблица 2 Характеристики блока оптико-электронной системы ОИС
Диаметр апертуры, мм	140
Заднее фокусное расстояние, мм	850
Угловое поле зрения, град	1.4
Фотоприемник, тип х количество/формат	ПЗС х 1/1024x1024
Рабочая температура, °С	-40
Размер чувствительного элемента фотоприемника, мкм	13x13
Спектральный диапазон фотоприемника, нм	200-1 100
Блеск обнаруживаемых КА, зв. вел	6-15
Схема оптического тракта блока оптико-электронной системы ОИС
Таблица 3 Характеристики многозадачной платформы Микро-КА МММБ
Масса полная, кг	74
Срок активного существования, лет	до 3
Размеры внешние, мм	1370x780x380
Система стабилизации	трехосная с реактивными колесами и магнитными торсикомерами
Бортовая аккумуляторная батарея, тип	Li-Ion
Солнечная батарея, материал	галлий-арсенид
Мощность электроснабжения средняя/пиковая, Вт	45/80
Напряжение бортовой сети, В	28
Схема оптического-механического тракта ОЭК "НЕССИ"
Таблица 4 Характеристики оптико-электронного комплекса НЕССИ
Диаметр апертуры, мм	150
Заднее фокусное расстояние, мм	893
Угловое поле зрения, град	0,86
Фотоприемник, тип х количество / формат	ПЗС х 2/1024x1024
Рабочая температура, °С	-40
Размер чувствительного элемента, мкм	13x13
Спектральный диапазон ОЭС, нм	350-1050
Блеск обнаруживаемых КА, зв. вел.	До 13,5
Блеск обнаруживаемых КО, зв. вел.	До 20 (за время накопления 100 с)

В 2007 году руководство министерства национальной обороны (MHO) Канады с целью предупреждения ограничения или прекращения функционирования национальных космических систем вследствие столкновений с орбитальным мусором инициировало проект развертывания собственной системы ККП (CSSS - Canadian Space Surveillance System) космического базирования.

В рамках этого проекта был создан и 25 февраля 2013 года индийской ракетой-носителем ПСЛВ (PSLV - Polar Satellite Launch Vehicle) выведен на солнечно-синхронную орбиту высотой 780 км первый канадский мини-КА военного назначения "Сапфир" (Sapphire). На борту КА размещен оптико-электронный комплекс (ОЭК), задачей которого является наблюдение за КА, находящимися на околоземных орбитах высотой 6 000-40 000 км.

В рамках проекта "НЕОССат" (NEOSSat - Near Earth Object Surveillance Satellite), осуществляемого с 2005 года Канадским космическим агентством (ККА) совместно с Агентством перспективных разработок MHO страны, разработан и создан одноименный экспериментальный микро-КА двойного назначения, выведенный в космос одновременно с КА "Сапфир" той же ракетой-носителем.

"НЕОССат" оснащен ОЭК, который решает задачи наблюдения за космическими объектами естественного и искусственного происхождения - близкими к орбите Земли астероидами НЕСС   (NESS - Near Earth Space Surveillance) и КА на околоземных орбитах высотой 15 000-40 000 км ХЕОСС (HEOSS -High Earth Orbit Space Surveillance) соответственно.

Космический аппарат ККП "Сапфир" разработан фирмой "МакДоналд, Детуиллер энд Эсосиетс" (г. Ричмонд, Канада) по контракту с MHO страны на сумму 65 млн долларов, заключенному в октябре 2007 года. Та же фирма обеспечивает управление данным КА в течение 5 лет после его вывода в космос по контракту стоимостью 11,7 млн, заключенному с тем же ведомством в 2011 году. При создании КА применены универсальная' мини-платформа ССТЛ-150 (SSTL-150) британской фирмы "Саррей сателлайт текнолоджи" (г. Гилфорд, Великобритания) и бортовой ОЭК компании "КОМ ДЕВ интернэшнл" (г. Кембридж, Канада).

Универсальная мини-платформа ССТЛ-150 допускает размещение и применение бортовой полезной нагрузки массой до 50 кг со средней/ пиковой мощностью электроснабжения в пределах 50/100 Вт. Платформа представляет собой базу модульной архитектуры, позволяющую в срок до 32 месяцев после заявки создать и вывести в космос мини-КА в интересах заказчика.

Конструктивно ССТЛ-150 выполнена в виде прямоугольного корпуса с базовым контейнером для полезной нагрузки и аппаратными модулями обеспечения функционирования КА. Особенностями платформы являются размещение солнечных батарей на корпусе с трех сторон и наличие ионного электрореактивного двигателя коррекции, работающего на ксеноне.

Оптико-электронный комплекс КА "Сапфир" включает в себя два разнесенных аппаратных блока: подистему обработки данных и управления ДХКС (DHCS - Data Handling and Control Subsystem); оптико-электронную подсистему ОИС (OIS - Optical Imaging Subsystem).

Масса ОЭК с элементами конструкции составляет 28,5 кг, из них непосредственно на блоки ДХКС и ОИС приходится 8,1 кг и 18,8 кг соответственно. Среднее значение электрической мощности, потребляемой комплексом, составляет 14 Вт (пиковое значение 20 Вт).

Основой блока ОИС является телескоп - вне-осевой трехзеркальный анастигмат (фирма "Л-3 коммьюникейшнз ССГ Тинсли", г. Уилмингтон, штат Массачусетс, США), сопряженный с фотоприемником - ПЗС-матрицей CCD47-20bi полнокадровой архитектуры с задней засветкой (производитель - фирма e2v, г. Челмсфорд, Великобритания).

Блок ДХКС включает электронные системы считывания информации с ПЗС-матрицы, управляющий контроллер и блок электропитания ОЭК.

С 30 января 2014 года космический аппарат "Сапфир" был введен в эксплуатацию и функционирует в интересах сети ККП США в качестве вспомогательного разведывательно-информационного средства, передавая данные в международный каталог космических объектов. Планируемый срок активного существования КА не менее 5 лет.

Космический аппарат ККП "НЕОССат" разработан фирмой "Майкросат системз Канада" (г. Онтарио) по заказу ККА и MHO страны, общая стоимость НИОКР составила 25 млн долларов. Субконтракторами являются следующие фирмы: "Спектрал эрлайд Рисёч" (инженерная разработка и производство), "Аитек" (программно-алгоритмическое обеспечение), "АэроАстро" (связь с КА). В основу конструкции аппарата положена экспериментальная универсальная платформа проекта Канадского космического агентства МММБ (МММВ - Multi-Mission Microsatellite Bus). Полезной нагрузкой является бортовой оптико-электронный комплекс "НЕССИ" (NESSI - Near Earth Space Surveillance Imager).

Согласно первоначальному плану расчетный срок активного существования аппарата составлял 1 год с продлением до 2 лет, однако в настоящее время его опытная эксплуатация продолжается. Управление функционированием КА осуществляется силами ККА.

Универсальная платформа для микро-КА МММБ, разработанная в соответствии с требованиями ККА и в рамках проекта "НЕОССат", проходит испытания в интересах создания перспективных КА.

Платформа представляет собой базу, модульная архитектура которой должна обеспечивать быстрое создание и вывод в космос недорогих КА массой до 100 кг в интересах проведения научных исследований и демонстрации технологий. Конструктивно МММБ выполнена в виде прямоугольного корпуса с двумя отсеками для стандартного оборудования обеспечения функционирования КА и полезной нагрузки заказчика, обеспечивающей выполнение задачи по предназначению. Особенностями платформы являются размещение солнечных батарей на всех сторонах корпуса с возможностью монтажа навесных панелей, а также отсутствие двигательной установки коррекции.

Оптико-электронный комплекс "НЕССИ" реализован на базе телескопа системы Максутова-Ру мака (Кассегрена) и двух ПЗС-матриц CCD47-20bi. ОЭК представляет собой моноблочную конструкцию, размещаемую в отсеке для полезной нагрузки платформы МММБ. Среднее значение электрической мощности, потребляемой комплексом, составляет 9 Вт.

Отличием конструкции ОЭС НЕССИ является применение двух фотоприемных ПЗС-матриц, поток излучения на которые передается через светоделитель. Такое техническое решение позволяет реализовать двухканальный режим работы ОЭК в интересах решения задач обнаружения тусклых объектов с небольшой угловой скоростью типа астероидов и более ярких с большой угловой скоростью КА.

В процессе опытной эксплуатации КА "НЕОССат" был выявлен ряд недостатков, которые не позволяют ему выполнять задачи в соответствии с заданными тактико-техническими требованиями. В частности, система электроснабжения КА вносит помехи в работу фотоприемников, снижая качество получаемых данных, а также требуется значительная доработка программного обеспечения систем обработки изображений и стабилизации КА. Разработчики аппарата считают, что эти проблемы обусловлены значительным затягиванием сроков выполнения и недофинансированностью проекта как минимум на 50 %

Таким образам, в Канаде ведутся активные НИОКР по созданию и развертыванию оптико-электронных средств ККП космического базирования в интересах обеспечения безопасности функционирования космических систем. Применение таких средств позволяет осуществлять практически непрерывное наблюдение за КО без искажающего влияния земной атмосферы, а также ограничений, связанных с местом дислокации наземных локационных средств и временем суток В настоящее время на солнечно-синхронных орбитах находятся канадские КА "Сапфир" и "НЕОССат" военного и двойного назначения соответственно, Мини-КА "Сапфир" в рамках решения задачи по предназначению может функционировать как минимум до 2020года в качестве приданного сети ККП США локационного средства.

Эксперимент с КА "НЕОССат" на базе новой универсальной микроплатформы МММБ показал наличие ряда проблем, связанных с недостаточной проработанностью технических решений. Опытная эксплуатация КА продлится, вероятно, не далее, чем до 2016 года, до полного выхода аппарата из строя, связанного с деградацией бортовой аккумуляторной батареи и нарушением функционирования оборудования. Однако опыт, полученный в ходе НИОКР будет использован при создании в Канаде недорогих перспективных мини- и микро-КА на базе универсальных платформ.

Зарубежное военное обозрение. 2015, №4, С. 75-78