Ученые МФТИ разрабатывают трехдиапазонную бортовую аппаратуру связи для космических аппаратов нанокласса (масса которых не превышает 10 кг), не имеющую аналогов в России. Эти устройства предназначены для фундаментальных научных исследований околоземного космического пространства, дистанционного зондирования Земли и связи. Работы проводятся в рамках проекта по разработке командно-телеметрической и высокоскоростной радиолиний Национальной технологической инициативы «Перспективные технологии для космических систем и сервисов».
Конкуренция в космической сфере и борьба за экономическую эффективность требуют снижения размеров, массы и стоимости космических аппаратов. При этом функциональность необходимо сохранить в полном объеме. Требования к системам, из которых состоят космические аппараты, также повышаются. Это касается и аппаратуры связи, необходимой для управления аппаратом, получения телеметрии с бортовых систем (информации о том, что происходит с аппаратом), а также для отправки на Землю больших объемов данных (например, снимков поверхности Земли).
Чтобы успеть передать информацию, пока космический аппарат летит над земной станцией связи, для разных задач необходимы разные скорости передачи данных. Существующие доступные отечественные решения являются либо чрезмерно энергопотребляющими, либо недостаточно быстрыми в работе, либо слишком большими.
«Мы создаем специальное оборудование для связи с космическими аппаратами, которое работает в трех диапазонах. Первый — УКВ. Он предназначен для экстренных ситуаций и позволяет нам связаться с аппаратом, в каком бы положении тот не находился. При этом потребляется очень мало энергии. Второй режим — это S-диапазон, который используется для обычной связи. Здесь мы можем передавать и получать данные со скоростью несколько мегабит в секунду. В этом случае аппарат должен быть направлен одной стороной к Земле, что является штатным режимом работы для многих космических аппаратов. В этом режиме происходит обновление ПО бортовых систем и получение расширенной телеметрической информации. Наконец, третий режим — Х-диапазон — предназначен для передачи больших объемов данных со скоростью 200–300 мегабит в секунду, этот диапазон является опциональным. Технология является модульной, в зависимости от назначения космического аппарата возможна установка аппаратуры в различных конфигурациях», — рассказал один из авторов проекта, ведущий инженер лаборатории прикладных нанотехнологий МФТИ Сергей Лаврентьев.
На сегодняшний день отечественных решений, которые бы удовлетворяли одновременно требованиям скорости передачи данных, массе, габаритам и энергопотреблению, не существует.
В УКВ-диапазоне многие разработчики достигли предела миниатюризации. В Х-диапазоне существующий передатчик обладает впечатляющей скоростью, но слишком массивен для кубсатов. По словам разработчиков, аппаратура, которую создают в МФТИ, по большинству характеристик не уступает лучшим мировым аналогам, а по некоторым параметрам превосходит их.
«В отечественном сегменте вообще нет передатчиков со скоростями 200–300 мегабит в секунду, а именно такие скорости нужны для группировки перспективных аппаратов. В этом диапазоне по характеристикам мы планируем выйти на передовой мировой уровень, где представлена аппаратура таких компаний, как Cubecom и EnduroSat. В S-диапазоне отечественные разработчики, например, “Спутникс”, ориентировались на микроспутники, их аппаратура не подойдет к аппаратам нанокласса. Здесь по энергетике и скорости нам удалось сравняться с мировыми лидерами (Skylabs, SatLab), при этом в стандартизированном корпусе у нас не 1, а сразу 2 комплекта аппаратуры на S- и УКВ- диапазоны (фактически 4 модема в одном), что дает полное резервирование системы связи и повышает живучесть аппарата в целом», — добавил Сергей Лаврентьев.
На текущем этапе научной группой разработаны и изготовлены экспериментальные образцы изделий. В 2025 году планируется провести их наземные испытания, чтобы в дальнейшем в ходе летных испытаний институт смог получить летную квалификацию и предлагать использовать новую аппаратуру разработчикам космических аппаратов.
Последние проявляют интерес к разработке уже на текущей стадии и ждут результатов наземной отработки, чтобы перейти к активному сотрудничеству. Внедрение разработанной в МФТИ системы в космическую отрасль позволит строить перспективные космические аппараты нового поколения, сократив при этом затраты на бортовую аппаратуру связи в несколько раз.
