Малые спутники: новый перспективный сегмент для развития коммерческой космической отрасли.

Спутники являются ключевым компонентом коммерческой космической отрасли, охватывая практически все этапы ее развития, от производства и запуска до эксплуатации и применения. Ранее спутники обычно весили несколько тонн, стоили десятки или даже сотни миллионов юаней, имели циклы разработки, занимавшие несколько лет, а стоимость запуска часто достигала сотен миллионов юаней. Для окупаемости коммерческих спутников требовалось десятилетие или более, а высокие сборы за запуск отпугивали потенциальных инвесторов.

В условиях непрерывного развития спутниковых технологий и областей их применения, а также необходимости снижения стоимости и рисков, возникает острая необходимость ускорить цикл разработки и производства спутников. Это особенно актуально для спутников, предназначенных для выполнения отдельных задач, и спутниковых группировок, для которых требуются экономически эффективные и быстродействующие спутниковые технологии. Именно для удовлетворения этой потребности и появилась технология малых спутников. По сравнению с крупными спутниками, его передовые, быстрые, недорогие и надежные характеристики открывают перед людьми еще одну возможность.

 Низкое качество, низкая стоимость, низкий риск 

Малые спутники не просто малы по размеру, а обладают высокоинтегрированными и автоматизированными технологиями, особенно благодаря быстрому развитию вычислительной техники, которое позволило миниатюризировать бортовые управляющие и обрабатывающие компьютеры. Платформа малого спутника обычно включает системы для энергоснабжения, связи, обработки данных на борту и управления ориентацией спутника, а его полезная нагрузка включает системы связи, наблюдения за Землей и космических исследований — поистине небольшая, но полноценная система.

С точки зрения цикла разработки, малые спутники могут быстро пройти весь процесс от проектирования, изготовления, запуска и эксплуатации на орбите, и, как правило, могут быть разработаны в течение полутора лет, при этом их средний срок службы обычно составляет более десяти лет.

Во-вторых, малые спутники отличаются высокой экономической эффективностью. Гибкие методы запуска не ограничиваются стационарными стартовыми площадками; их также можно запускать с самолетов или с помощью других спутников, что значительно снижает затраты на разработку и запуск. Стоимость одного малого спутника, включая запуск, составляет приблизительно 30 миллионов юаней, что делает его не только недорогим, но и относительно низкорискованным.

Широкий спектр применения, отвечающий потребностям глобального охвата.

Современные малые спутники имеют широкий спектр применения. В гражданской сфере они могут использоваться в связи, наблюдении за Землей, дистанционном зондировании космоса, метеорологических наблюдениях, исследовании океана, наземной разведке и научных исследованиях. Среди них мобильная связь с использованием малых спутников стала актуальной темой, типичными примерами являются Iridium и Globalstar. Малые спутники также играют важную роль в военной сфере, поскольку их можно быстро разрабатывать, запускать и развертывать, что отвечает особым требованиям военного времени.

Исходя из этого, возможности малых спутников по созданию сетей являются ключевым фактором в развитии коммерческих компаний, занимающихся малыми спутниковыми технологиями. Группировка малых спутников, состоящая из множества спутников, расположенных на разных орбитах, может улучшить время и разрешение миссий, удовлетворяя потребность в глобальном покрытии в режиме реального времени.

В то же время, множество небольших спутников могут поддерживать относительное положение и летать в строю для совместного выполнения миссий. Наблюдаемые ими сигналы могут быть когерентно обработаны для формирования виртуальных спутников обнаружения, что открывает новые возможности, недоступные для крупных спутников.

Благодаря развитию микроэлектроники, микромеханики, нанотехнологий и других технологий, а также инновациям в концепциях проектирования спутников, тенденция миниатюризации спутников ускоряется, а характеристики микро- и наноспутников быстро улучшаются, что делает их наиболее активным компонентом в развитии области малых спутников. Спутники Starlink Илона Маска — яркий тому пример.

 Стремительное развитие положило начало эре коммерциализации.

В 2015 году началась эра коммерческих космических полетов, и по всему миру стали появляться коммерческие компании, занимающиеся разработкой малых спутников. Развитие индустрии коммерческих малых спутников было обусловлено несколькими фундаментальными факторами:

I. Снижение стоимости запуска: Благодаря быстрому развитию коммерческих ракетных компаний, возглавляемых SpaceX, в последние годы стоимость запуска спутников начала значительно снижаться. Ожидается, что стоимость запуска спутников продолжит снижаться по мере совершенствования технологии многоразового использования.

II. Аэрокосмическая отрасль развивается: традиционные аэрокосмические компоненты чрезвычайно дороги. Для обеспечения стабильности компонентов стоимость разработки крупных спутников обычно достигает сотен миллионов юаней, и в них используются высокоотработанные компоненты с множеством резервных вариантов. В эпоху коммерческой аэрокосмической отрасли компоненты уровня COTS постепенно совершенствуются, что позволяет компаниям, занимающимся коммерческими малыми спутниками, контролировать затраты и осуществлять быструю итеративную модернизацию за счет компонентов промышленного класса.

В-третьих, либерализация политики: поскольку компания SpaceX занимает орбитальные ресурсы, запуская большое количество малых спутников, правительства и космические агентства по всему миру, как правило, испытывают давление и поэтому предпочитают в определенной степени ослабить ограничения в отношении индустрии малых спутников или оказать соответствующую политическую поддержку.

 Количество запусков растет с каждым годом, и к гонке присоединяются все больше стран.

Благодаря вышеупомянутому отраслевому опыту, началось стремительное развитие малых коммерческих спутников. Прогнозируется, что количество запусков малых коммерческих спутников будет продолжать расти из года в год в течение следующих 10 лет. Согласно последним статистическим данным, опубликованным американским аналитическим центром Space Engineering, только в 2017 году в космос было запущено более 300 микро- и наноспутников весом менее 50 кг.

19 ноября 2013 года американская компания Orbital Sciences Corporation запустила ракету с 29 микро- и наноспутниками на борту. Тридцать часов спустя российская компания «Космотрас» вывела на орбиту 32 микро- и наноспутника. 15 февраля 2017 года Индия запустила 104 спутника, 103 из которых были микро- и наноспутниками. 22 февраля 2018 года компания SpaceX запустила свой проект Starlink с помощью ракеты Falcon 9, выведя на орбиту два небольших экспериментальных спутника связи. По состоянию на 14 сентября 2021 года в рамках проекта Starlink было запущено в общей сложности 1791 спутник, 76 из которых были сведены с орбиты, в результате чего на орбите осталось 1715 спутников.

Тем временем Великобритания и Швеция запустили наноспутники в 2000 году; Франция, Индия, Аргентина, Чили, Бразилия, Южная Корея, Таиланд, Пакистан и другие страны уже имеют собственные малые спутники. Кроме того, Индонезия, Малайзия, Филиппины и Тайвань сотрудничают с ведущими космическими державами в разработке малых или микроспутников.

△С космодрома Сичан были запущены экспериментальный спутник «Experimental Satellite-1» и наноспутник «Nano Satellite-1».

 Ситуация с запуском малых спутников в моей стране

Еще в 1995 году, исходя из национальных потребностей в развитии будущих технологий связи между космосом и Землей, Китайская академия наук (КАН) предложила самостоятельно разработать первый в Китае низкоорбитальный микроспутник для передачи данных весом менее 100 килограммов и соответствующую систему связи. 21 октября 2003 года крупный инновационный проект КАН — микроспутник связи с функцией хранения и пересылки данных «Инновация-1» — был успешно запущен на орбиту. Это был первый самостоятельно разработанный в Китае микроспутник весом менее 100 килограммов, а также первое поколение китайских низкоорбитальных микроспутников для передачи данных, сыгравший решающую роль в исследованиях и разработках микроспутников в Китае и открывший новую главу в развитии китайской микроспутниковой связи.

В 11:59 утра 18 апреля 2004 года на космодроме Сичан ракета-носитель «Лонг Марш 2С» успешно вывела в космос экспериментальный спутник «Экспериментальный спутник-1», разработанный Харбинским технологическим институтом. Одновременно с этим она также вывела на орбиту экспериментальный спутник «Наноспутник-1», весящий менее 25 килограммов и используемый для высокотехнологичных исследований и экспериментов. Это стало важным прорывом в развитии технологий малых спутников в нашей стране.

В сентябре 2008 года в космос был запущен спутник-компаньон пилотируемого космического корабля «Шэньчжоу-7». Это был первый китайский микроспутник космического базирования, разработанный на основе отработанных технологий микроспутника «Инновация-1» Китайской академии наук. Впоследствии, в ноябре того же года, в космос был успешно запущен и спутник «Инновация-1» (02).

10 мая 2012 года в 15:06 моя страна успешно запустила в космос спутник дистанционного зондирования-14 с помощью ракеты-носителя Long March-4B с космодрома Тайюань. Одновременно был успешно запущен и спутник TianTuo-1. Успешный запуск TianTuo-1 стал значительным прорывом для Китая в области микроспутников.

От успешного запуска первого китайского искусственного спутника в 1970 году до сегодняшних запусков десятков микроспутников на одной ракете, космическое путешествие человечества значительно ускорилось. Дальнейшее развитие освоения космоса неизбежно зависит от снижения затрат. Стандартизация, модульность, низкая стоимость, короткий цикл разработки и гибкое развертывание малых спутников обеспечивают им огромный потенциал развития. Быстрый рост индустрии малых спутников является необходимостью для развития аэрокосмических технологий. Считается, что благодаря непрерывному технологическому прогрессу потенциальные преимущества малых спутников будут реализованы в полной мере, обеспечивая более сильную поддержку инновациям и прогрессу в освоении космоса.