ПЕРСПЕКТИВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ ПРИМЕНЕНИЯ МНОГОСПУТНИКОВЫХ ГРУППИРОВОК НА ОСНОВЕ МАЛЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ В ИНТЕРЕСАХ МИНОБОРОНЫ РОССИИ. PROMISING AREAS FOR THE USE OF MULTI-SATELLITE GROUPINGS BASED ON SMALL SPACECRAFTS IN THE INTEREST OF THE RUSSIAN MINISTRY OF DEFENCE

© Д.А.Мосин, А.А.Абдурахимов, А.В.Ляшевский
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Симпозиум
2019 г.

Аннотация: Рассмотрены основные направления применения малых космических аппаратов (МКА) в интересах решения задач Минобороны России. Обозначены основные типы задач информационно-космического обеспечения потребителей Минобороны России и рассмотрены основные особенности решения этих задач. Отмечена необходимость проработки методологической базы обоснования и формирования тактико-технико-экономических требований к проектированию, созданию, развертыванию и организации управления применением многоспутниковых орбитальных группировок (ОГ) и кластеров перспективных МКА в интересах Минобороны России.

Ключевые слова: Малые космические аппараты, средства выведения, информационно-космическое обеспечение, Минобороны России.

Abstract: The main areas of application of small spacecraft in the interests of solving the tasks of the Ministry of Defence the Russian Federation are considered. The main types of tasks for informational-space support of consumers of the Ministry of Defence the Russian Federation. The main features of the solution of these tasks are considered. The necessity of developing a methodological base for substantiating and shaping tactical, technical and economic requirements for designing, creating, revoking and organizing to managing the use of multi-satellite orbital groupings and clusters of promising small spacecraft in the interests of the Ministry of Defence the Russian Federation.

Keywords: Small spacecrafts, launch vehicle, informational-space of consumers, Ministry of Defence the Russian Federation.

В настоящее время малые космические аппараты (МКА) получили широкое распространение в связи с развитием новой концепции создания космических систем (КС) на базе МКА, суть которой заключается в достижении требуемых характеристик КС не за счет наращивания возможностей отдельных КА, а за счет увеличения их количества в составе орбитальной группировки (ОГ) и получения синергического (эмерджентного) эффекта от их совместного применения [1].

Принципиальное преимущество КС на базе МКА перед КС на базе обычных (больших и тяжелых) КА с точки зрения применения в интересах Минобороны России получают за счет приобретения высокой живучести ОГ КС, а также возможности оперативного развертывания и наращивания ОГ с учетом использования системы средств выведения различного базирования (воздушного, наземного, морского, конверсионные проекты).

Необходимость создания и управления многочисленной ОГ КА выявляет две основные проблемы:

Во-первых, для оперативного создания и поддержания ОГ необходимо создание новой системы разнородных средств развертывания, наращивания и восполнения состава ОГ МКА.

Во-вторых, необходимость управления многочисленной группировкой требует смещения акцентов в системе управления с управления отдельными КА на управление группировкой как сложной распределенной системой, с одновременным повышением степени автономности функционирования составляющих группировку МКА.

Важной частью обеспечения потребителей Минобороны России на сегодняшний день является информационно-космическое обеспечение, которое определяется как совокупность мероприятий, проводимых для создания соответствующих благоприятных условий для специализированных действий путем организации получения и применения информации от космических средств и направленных на решение трех принципиально различающихся типов задач: навигации, наблюдения, связи [2].

Перечень задач, которые могут решаться с использованием МКА, ограничивается прежде всего возможностями целевых систем и систем электроснабжения МКА. В частности, возможности оптикоэлектронных систем КА определяются тремя основными параметрами: линейными размерами входной апертуры оптической системы, фокусным расстоянием объектива и размером ячеек оптикоэлектронного преобразователя, матрицы или линейки, установленной на борту КА.

Анализ зависимостей дифракционного предела разрешения оптических систем в видимом диапазоне электромагнитного излучения для различных орбит показывает, что полноценное решение задач детального наблюдения доступно лишь для КА класса мини и только на низких орбитах, где слишком велики потери на преодоление аэродинамического сопротивления, чтобы обеспечить длительное функционирование КА.

Некоторый прирост возможностей малых КА наблюдения следует ожидать за счет увеличения количества и расширения спектральных диапазонов целевой аппаратуры, что за счет роста информативности получаемых изображений способно компенсировать недостаток пространственного разрешения. В то же время задачи наблюдения, не требующие столь высокого разрешения, уже сегодня вполне могут решаться сверхмалыми КА, в том числе и на достаточно высоких орбитах для создания систем глобального непрерывного наблюдения.

Анализ энергозатрат на передачу данных в совокупности с удельными характеристиками систем электроснабжения КА демонстрирует, что высокоскоростная передача информации на большие расстояния требует энергии больше, чем способна предоставить система электроснабжения МКА. Даже передача данных в объеме, соответствующем передаче видео в реальном масштабе времени на мобильную земную станцию, доступна для МКА (и особенно для сверхмалых КА) лишь в течение нескольких минут на витке. Таким образом, область применения МКА связи ограничивается низкоорбитальными системами персональной спутниковой связи при условии обеспечения высокого уровня функционального резервирования ОГ.

Кроме того, создание КС на базе МКА тесно связано с развитием средств выведения. При этом, если в настоящее время при решении задач выведения приоритет отдается экономическим предпочтениям, то возможны периоды, когда для потребителей Министерства обороны на первый план выходят требования к оперативности решения вполне определенного объема задач по выведению, наращиванию и восполнению ОГ МКА.

Таким образом, принятие на эксплуатацию КС на базе МКА ведёт к необходимости доработки подходов к обоснованию требований к разрабатываемым средствам выведения КА. В сложившейся практике при согласовании характеристик средств выведения и полезной нагрузки за основу совершенно естественно принимаются возможности существующего парка средств выведения. Однако при создании системы средств выведения КА целесообразно ориентироваться не столько на характеристики отдельных средств выведения, сколько на удовлетворение требований к системе в целом, которые в свою очередь должны согласовываться с требованиями к оперативности формирования ОГ, а также характеристиками ОГ и входящих в их состав МКА.

Для формирования полной картины требований к системе выведения КА необходимо рассмотреть особенности выбора высоты орбиты КА, входящих в состав КС. Обычно выбор высоты орбиты представляет собой компромиссное решение между достижением отдельных целевых показателей КА и обеспечением условий его функционирования. Однако если допустить, что решаемые технические вопросы при создании КА будут решены, а средства выведения будут полностью соответствовать предъявляемым к ним требованиям, то в большинстве случаев задачи выбора орбиты могут быть сведены к решению оптимизационных задач. Тогда получается, что для обычных КА, в одиночку решающих стоящие перед КС задачи, оптимальная высота функционирования в зависимости от назначения КА лежит в пределах от двух до четырех тысяч километров. В то же время анализ затрат энергии на создание ОГ КС на базе МКА, показывает, что в большинстве случаев энергетически выгодно размещать такие системы на возможно более низких орбитах настолько, насколько это позволяет сопротивление со стороны атмосферы Земли. В этом случае решающую роль в выборе высоты орбиты играет уже расчётный срок активного функционирования КА.

Подводя итог, следует отметить, что основные усилия по созданию КС на базе МКА в интересах Минобороны России могут быть направлены на развитие систем наблюдения различного типа и низкоорбитальной персональной спутниковой связи. Орбитальные группировки таких систем целесообразно строить на низких орбитах высотой до 500 км, в состав которых могут быть включены сотни сверхмалых КА, распределенных по ограниченному числу орбитальных плоскостей, в которые аппараты могут выводиться средствами выведения различных классов.

Непосредственной необходимости в создании средств выведения сверхлегкого класса и тем более разгонных блоков для отдельных МКА нет. Однако существует необходимость в создании системы средств выведения способной решить весь комплекс задач выведения в установленные сроки. Отсутствие системы средств развертывания ОГ КС на базе МКА, а также системы управления МКА в составе многоспутниковых ОГ не позволяет реализовать преимущества КС на базе МКА. Для чего в свою очередь необходимо формирование научно-методического аппарата обоснования требований к инфраструктуре, обеспечивающей создание и применение КС на базе МКА.

В научно-исследовательских и образовательных организациях, на предприятиях промышленности требует проработки методологическая база обоснования и формирования тактико-технико-экономических требований к проектированию, созданию, развертыванию и организации управления применением многоспутниковых ОГ и кластеров перспективных МКА.

Таким образом, в настоящее время необходимо проведение работ в направлении разработки научно-методического аппарата обоснования требований к инфраструктуре, обеспечивающей создание и применение космических систем на базе МКА, включающего:

– обоснование требований к системе средств выведения МКА;

– обоснование требований к распределенной системе управления многоспутниковой ОГ МКА;

– развитие методического аппарата оценивания уровня технического совершенства создаваемых образцов орбитальных маломассогабаритных космических средств и сравнительного анализа существующих и перспективных образцов.

Литература

1. Фатеев В.Ф. Большие возможности при малых размерах // Воздушно-космическая оборона. – 2013. №26. – С. 24-34.

2. Остапенко О.Н. Информационно-космическое обеспечение группировок войск (сил) ВС РФ. Учебное-научное пособие / О.Н. Остапенко, С.В. Баушев, И.В. Морозов. СПб.: Любавич, 2012. – 368 с.