Похоже американское космическое агентство всерьез настроено развивать технологию CubeSat для исследований в дальнем космосе. В 2018 году планируется запустить сверхтяжелую ракету SLS, которая отправит к Луне не только космический корабль Orion, но и десяток спутников, каждый массой не более 15 кг.
SLS — эта ракета нового поколения, которая, впрочем, повторяет по возможностям сверхтяжелые ракеты прошлого — Saturn V и «Энергия». Точнее даже не дотягивает до них по возможностям, но почти в три раза превосходит все существующие тяжелые ракеты по мощности. SLS создают в рамках концепции «Лететь на Луну, астероиды и далее». Основное ее назначение — выведение пилотируемого космического корабля Orion на межпланетные орбиты. Хотя сейчас прорабатывают и научные беспилотные миссии, главная задача SLS — отправка людей.
В первый полет Orion должен полететь пустым, т.е. без экипажа. На борту будут только датчики и видеокамеры. Зато освободившуюся массу займут экспериментальными микроспутниками, которые должны протестировать новые технологии в межпланетном пространстве и провести дополнительные исследования Луны.
Ранее лунные спутники запускались массой в десятки килограмм и до нескольких тонн. Такие аппараты, как правило, загружали большим количеством научных приборов. Это позволяло проводить комплексные исследования, работать с результатами нескольким командам ученых из разных организаций или стран. Но были и свои сложности: приборы конкурировали за энергию, использование радиолинии, рабочее время. То есть для проведения глобального исследования каждым прибором спутнику требовалось много времени, что далеко не всегда получалось.
Теперь же готовят к испытаниям новую концепцию: один прибор — один спутник. Или: один эксперимент — один спутник. При том, что традиционное космические аппараты обходились в десятки или сотни миллионов долларов. Новые же микроспутники стоят $1-2 млн.
Есть и подвох: традиционные лунные аппараты создавали из радиационно-стойких компонентов. А технология CubeSat предполагает применение индустриальной электроники, которая создавалась для земной промышленности и к космосу не готовилась. Но, как показала многолетняя практика эксплуатации индустриальных CubeSat, они неплохо переносят условия космоса. Конечно на низких орбитах от солнечных вспышек защищает земная магнитосфера, но галактическая радиация, вакуум, перепад температур микроспутники держат вполне пристойно. Некоторые умудряются отработать по несколько лет. Впрочем для Луны ключевые узлы планируют брать у JPL — радстойкие.
Применение микро- или наноспутников CubeSat позволяет гораздо быстрее и дешевле испытывать в космосе новые технологии. Ведь собрать и запустить такой аппарат намного дешевле и быстрее чем традиционный спутник в несколько сот кг. В каждом новом полете можно использовать те компоненты, которые хорошо себя показали на предыдущем поколении, и ставить что-то новое. Таким путем «космическая эволюция» резко ускоряется, что обеспечивает прогресс с исследовании космического пространства.
Сейчас NASA решила, что CubeSat пора выводить на новый уровень — межпланетный. Пара микроспутников к Марсу в 2016 уже готовится, а теперь еще и десяток к Луне.
Пока подробнее рассказали только о первых двух аппаратах. На каждом из них будет отработанная на околоземной орбите «кубсатная» электроника, но кроме этого — передовые исследовательские приборы и дополнительные средства, необходимые в открытом космосе. В разработке активно участвуют университеты, т.е. помимо науки и техники эти CubeSat сделают еще и образование.
Спутник IceCube форм-фактора 6U (12x24x36 см) должен изучать геологию Луны и искать залежи водяного льда. Эту задачу будет выполнять прибор Broadband InfraRed Compact High Resolution Explorer Spectrometer (BIRCHES). Это инфракрасный спектрометр похожий на прибор LEISA аппарата New Horizons.
Для управления космическим аппаратом IceCube будет использоваться трехосевая система двигателей-маховиков и ионный двигатель BIT-3 RF. Без реактивного двигателя дальнем космосе обойтись трудно, поэтому это практически необходимый инструмент, особенно если спутнику предстоит смотреть то в одну сторону, то в другую.
Несмотря на то, что спутник запускается попутной ракетой, ему предстоит совершить немало маневров чтобы добраться до Луны. Проблема в том, что ракета задаст только ускорение в сторону Луны, а потом спутнику придется самостоятельно тормозить, чтобы выйти на окололунную орбиту. Ионный двигатель не дает возможности произвести резкое торможение, поэтому приходится использовать гравитацию Земли, Луны и Солнца.
На космический аппарат Lunar Flashlight возлагаются более амбициозные задачи. Во-первых, он будет использовать солнечный парус площадью 80 кв м для торможения у Луны и перехода на целевую орбиту. Во-вторых, добравшись до высоты орбиты в 20 км, Lunar Flashlight оправдает свое название и станет бросать солнечные зайчики в кратеры вечной ночи у полюсов Луны. Результаты осветительных работ будет регистрировать инфракрасная камера на борту спутника.
Такие экзотичные методы перемещения в космосе и исследования применяются для проверки гипотезы об открытых залежах льда на Луне. Здесь основываются на опыте полученном при изучении Меркурия. Там лед в полярных кратерах нашли при помощи лазера, отражение которого удалось зафиксировать в самой глубине и темноте. Правда там ледники рассмотрели еще при помощи радиотелескопов, а на Луне такого не зафиксировано.
В перспективе, концепцию Lunar Flashlight планируют использовать для обследования околоземных астероидов. Что касается лунных экспериментов, то я бы не надеялся на полностью успешное проведение запланированных программ, слишком много смелых и неопробованных решений сразу. Но в этом и состоит суть прогресса — идти туда где еще никто не был, и проверять технику на предельных нагрузках. Каждый новый шаг будет дальше и успешнее.