В соответствии с Постановлением Правительства Москвы № 692-ПП от 13 сентября 2005 г. началась подготовка к 7-му Международному форуму «Высокие технологии XXI века». Серию статей его будущих участников открывают главный конструктор ФГУП «НПО «Орион» Сергей СТРЕЖ и советник Российского фонда развития высоких технологий Евгений ТРОШИН.
БЛИЖНИЙ КОСМОС: КУРС — НА МИНИАТЮРИЗАЦИЮ
Человечество давно осознает, что уровень его жизни все больше зависит от прогресса в космической области. Без участия космических систем (КС) уже практически не могут осуществляться связь, мониторинг, навигация, метеопрогноз.
На всех этапах своего развития КС являются преимущественно информационными системами или их компонентами. Мощный рывок в информационных технологиях в 1990-е годы обусловил новые требованиям к системам такого рода — глобальность, непрерывность, оперативность функционирования, а также доступность массовому потребителю его результатов, т.е. тотальность (совокупность названных требований получила название «ГНОТ-факторы»).
Находящиеся на орбитах космические аппараты (КА) уже не в состоянии удовлетворять все ужесточающимся требованиям. Для этого их число в группировке, выполняющей ту или иную задачу, должно увеличиться на порядок и более. В то же время запуск большого количества КА массой в сотни и тысяч килограмм нереален. Выход в уменьшении массы каждого КА, т.е. в переходе к микросистемам в космосе.
Его реализация возможна благодаря успехам в области миниатюризации электроники, микромехатроники, появлению новых материалов, что связано, прежде всего, с прорывом в нанопроблематике. Способствовать переходу должны достижения в области управления большими и сложными системами, включая искусственный интеллект, параллельные вычисления, нейрокомпьютинг, а также весь накопленный опыт функционирования технических систем в космическом пространстве.
Все более растущая потребность и принципиальная возможность ее удовлетворения становятся отправной точкой нового технологического витка в космонавтике. В его результате космос должен превратиться в реально используемую сферу практической деятельности человечества. Массовое использование результатов космической деятельности позволит превратить космонавтику в доходную отрасль, приносящую прибыль, сравнимую с прибылью компаний, работающих в сфере IT (информационных технологий).
Основой космических систем нового типа станет космический аппарат массой 5 – 10 кг. Такой аппарат не без основания называют сверхмалым (СМКА).
Орбитальная группировка из СМКА будет представлять собой единое целое, иметь сложную конфигурацию построения и выполнять в своей совокупности единую задачу как распределенный в пространстве объект. Должен существенно измениться и сам СМКА, будут реализованы новые подходы к управлению движением, обеспечению теплового режима, передаче телеметрической информации, к его конструкции и надежности. Особо следует отметить необходимость изменения системы управления. Основное внимание будет уделяться не управлению отдельным аппаратом, а выдаче задания для целевого применения и обработки информации на основе оценки состояния группировки в целом и принятия решения по ее реконфигурации.
Последнее предполагает и то, что разработка отдельных компонентов космической системы без общей стратегии и учета взаимовлияния подсистем друг на друга не допустима.
При этом космические аппараты должны обладать высокой степенью автономности функционирования.
Дополнительными условиями применения СМКА для эффективного решения целевых задач являются приоритетность создания и использования новейших информационных технологий, ориентация на новейшие технологии, всемерное снижение человеческого фактора при обеспечении функционирования КА и системы, интеграция КА различного класса в рамках одной КС и относительная легкость восполнения орбитальной группировки.
При широком использовании космической информации важнейшей компонентой всей системы становится массовый потребитель и его мобильные средства. Задачами, решаемыми спутниковыми информационными системами на портативных средствах потребителя, являются: получение географических координат; прокладка и выбор маршрутов в условиях динамично меняющейся обстановки; отображение на электронной карте расположения соответствующих объектов, передающих собственные инициализирующие сигналы с информацией о состоянии; охранная сигнализация, организованная по принципу сотовой связи; передача метеообстановки; связь, обеспечивающая мультимедийные возможности; отображение результатов непрерывного мониторинга любого участка поверхности Земли, в том числе с использованием геоинформационных систем.
Важнейшим элементом единого информационного пространства является доступность информации массовому пользователю, и здесь системообразующим фактором выступает мобильное средство пользователя, совмещающее в себе функции сотового телефона, карманного компьютера, GPS-приемника и др. При производстве таких средств миллионными тиражами вся система, включая космическую компоненту, станет рентабельной. Разворачивание подобных систем должно представлять значительный интерес для инвесторов, готовых вкладывать средства в развитие новых технологий.
Существенно то, что в США проекты создания перспективных космических систем на базе миниатюрных аппаратов тесно увязываются с решением военных задач. Так, американской Национальной противоракетной обороной предполагается задействовать орбитальную группировку из 15 – 20 тыс. спутников массой 8 – 10 кг, называемых наноперехватчиками. Есть основания полагать, что стратегический курс на миниатюризацию в космосе американцы взяли еще при разработке программы СОИ. Использование сверхмалых аппаратов позволяет всерьез говорить о практическом выполнении проектов создания глобальных систем противоспутниковой и противоракетной обороны.
Работа в области нового направления в космонавтике должна вестись в системном единстве, учитывающем специфику и проблемы создания как орбитального, так и наземного сегментов космической системы, а также возможности высоких технологий и перспективы их создания и применения. Для освоения нового направления в космонавтике необходима широкая кооперация предприятий и научных подразделений в рамках единой государственной программы.
Если говорить о сроках проведения этих работ, необходимо иметь в виду следующее. Само по себе снижение массы объектов техники является положительной и необходимой тенденцией. Однако при переходе определенного порога в осуществлении миниатюризации неизбежно снижаются показатели эффективности и надежности технического объекта, а затем он вообще теряет свою функциональность. На каждом этапе развития технологий существует свой предел миниатюризации. Его достижение — разработка новых устройств, технологий, материалов — каждый раз требует значительного времени и финансовых затрат.
В то же время уже существуют КА, способные еще длительное время успешно выполнять на орбитах целевые задачи, и принудительная замена этих средств на другие вряд ли может быть оправдана. Поэтому использование СМКА для решения всех существующих в настоящее время задач вряд ли можно признать рациональным.
Последовательное, своевременное внедрение достижений, обеспечивающих миниатюризацию в области создание КА, оживит область информационных технологий, стимулирует создание новых средств выведения. Наряду с тяжелыми ракетами потребуются сверхлегкие носители для запуска единичных экземпляров СМКА, в том числе и с воздушным стартом. Микроспутники и микроракеты станут доступны для стран, не имеющих космической индустрии. Это позволит создать емкий рынок высокотехнологичной космической продукции.
Сергей Стреж, Евгений Трошин
