Малые космические аппараты способны на большее
Несмотря на соперничество ведущих космических держав в создании ракет-носителей большой грузоподъемности, уже в ближайшей перспективе бурное развитие получат малые и сверхмалые космические аппараты (МКА). Какие задачи они будут решать?
В условиях перегруженности околоземного пространства ставка на МКА может оказаться весьма перспективной. И не только потому, что они в разы дешевле многотонных махин, а эффективность их работы ничуть не меньше.
Монстры на орбите
Одно из важнейших направлений развития систем МКА – информационное обеспечение войск. Россия была первой из стран, которая разместила соответствующую аппаратуру на борту сверхмалого КА. В 1995 году это направление поддержал и, что называется, благословил командующий Военно-космическими силами (1989–1992) генерал-полковник Владимир Иванов. Для осуществления замысла собралась группа молодых ученых под руководством генерал-майора Вячеслава Фатеева.
Какое отношение имеют МКА к информационному обеспечению наземных группировок войск и ВКО? Дело в том, что у каждой традиционной космической системы есть свои плюсы и минусы. Ведь неспроста развитие орбитальных аппаратов шло с постоянным увеличением габаритов и веса – этого требовала размещаемая на них аппаратура. Взять спутники оптико-электронной разведки. Их разрешающая способность пропорциональна диаметру объектива бортового телескопа. Оптика, дающая приемлемые для разведки результаты, имеет массу от трех до пяти тонн. Спутники, оснащенные такой аппаратурой, выдают неплохие снимки. Но по экономическим причинам подобных КА запускается совсем немного, и они физически не могут оказываться в нужной точке орбиты для контроля ситуации в произвольно выбранном районе. Либо таких спутников-разведчиков должно быть очень много, либо придется смириться, что контроль из космоса конкретного поля боя возможен в лучшем случае два-три раза в сутки. Кроме того, дешифрирование космических снимков для распознавания целей требует, как правило, больших затрат времени, что в условиях ведения боевых действий неприемлемо.
Радиотехническая разведка тоже предъявляет серьезные требования к аппарату-носителю: для увеличения разрешающей способности бортовые приемники надо разносить как можно дальше, однако существует предел – габариты спутника.
У космической радиолокационной разведки, основанной на так называемом принципе монолокации, свои требования. Здесь нужна большая мощность системы бортового электропитания, что увеличивает нагрузку. Кроме того, такая система дает лишь один ракурс наблюдения и ее легко обмануть применением ложных целей в виде простейших уголковых отражателей.
Дорогу «малышам»!
Получается, что при традиционных методах космической разведки КА не может быть маленьким по определению. Значит, настало время брать на вооружение другие методы. На форуме «Армия-2015» им был посвящен «круглый стол» «Малые космические аппараты – инструмент решения задач воздушно-космической обороны».
Первое направление – многоспектральная разведка. Как говорит Вячеслав Фатеев, телескопом минимального диаметра мы можем, что называется, накрыть цель и сделать снимок с невысоким разрешением. Но если к этому добавить многоспектральный портрет цели, то с помощью бортового компьютера получим высококачественное изображение в реальном масштабе времени. Система оптической разведки без большого телескопа получается достаточно компактной, а скорость обработки сигнала современными средствами высока. Проведенные эксперименты показали перспективные результаты, но они пока не востребованы Министерством обороны. А вот в США на этом принципе уже создан КА информационной поддержки поля боя TACSAT.
Второе направление – развитие радиотехнической разведки. При расстоянии между спутниками 10–50 километров разрешающая способность космической системы благодаря увеличению базы измерений возрастает в сотни раз. Параметры необходимого для этих целей КА рассчитаны. Он весит всего 100 килограммов. И система из трех-четырех таких МКА сможет обеспечить дуплексную связь на поле боя, мониторинг транспортных средств, территории, атмосферы… Точность определения координат – метры. Сегодня такая система чрезвычайно востребована ракетными войсками и артиллерией. Но чтобы получить заказ на нее, опять же предстоит серьезно поработать с Минобороны.
Что касается радиолокации, то специалисты исследовали возможность стороннего радиоподсвета цели или облучения ее с других спутников – как бы сбоку. Что это дает?
«Один спутник кластера, обладающий передатчиком, облучает поверхность Земли и цели, а находящиеся рядом с ним облегченные спутники (без передатчиков и мощных систем электропитания) получают ответный сигнал, – объясняет Фатеев, – и строят радиоизображения этих целей. Причем в кластере мы получаем не одно, а сразу несколько радиоизображений, что исключает возможность помех и открывает возможность вскрытия замаскированных целей».
Ученые провели эксперимент по радиоподсвету цели с помощью космических аппаратов системы ГЛОНАСС. Сигнал был слабенький. Тем не менее синтезировано семь радиоизображений наблюдаемой цели с подсветом сразу от семи спутников. Это стало новым направлением работы. Судя по публикациям в иностранной печати, экспериментом заинтересовались за рубежом. Европейское космическое агентство намеревается его повторить. Но независимо от того, что у них получится, тут мы оказались первыми.
На страже орбитальных границ
Для информационного обеспечения войск важно решить не только проблему оперативной взаимной связи подразделений в районе военного конфликта, но и проблему глобальной оперативной связи удаленных войсковых группировок (групп кораблей ВМФ, авиационных группировок) с центральным военным командованием. Как показывает отечественный и зарубежный опыт, все эти проблемы сравнительно просто и устойчиво решаются с помощью низкоорбитальных группировок МКА связи.
Другое важное направление информационного обеспечения войск – глобальный контроль погоды в районах ведения боевых действий и районах передислокации войск. Это тоже под силу группировкам МКА. Наш и зарубежный опыт это показал.
Еще одно направление – совершенствование космического эшелона ВКО. Здесь, по мнению Вячеслава Фатеева, первое и самое удачное применение МКА – развитие системы контроля космического пространства (СККП). На орбите размещается ряд спутников с перекрестными полями наблюдения. Моделирование говорит о том, что всего восемь КА в группировке позволят уточнить цель любого нового объекта в течение получаса. Сейчас в наземных оптико-электронных и радиолокационных системах на это требуется несколько часов.
Выигрыш в создании подобного космического эшелона еще в том, что у нас нет наземных средств, которые наблюдали бы орбиты с наклонением менее 30 градусов. Для нас они недоступны, но данная система сделает задачу решаемой.
Можно расширить космический эшелон СККП и за счет создания средств радиотехнической разведки. Для этого на малых КА размещаются средства радиотехнического перехвата. В результате появляется возможность наблюдать в глобальном плане все геостационарные системы связи, которые ранее были недоступны для контроля.
Еще одна проблема, которую предстоит решать ВКО в ближайшее время, – борьба с так называемыми спутниками инспекции. Мы знаем, что американцы их используют. Были опубликованы данные о создании и запуске на геостационарную орбиту двух малых спутников весом около 220 килограммов. Цель – контроль действия своих геостационарных КА. Однако эти два аппарата на орбите перемещаются либо в одну, либо в другую сторону в зоне действия как американских, так и наших геостационарных КА. Заметить их с Земли очень сложно, но наша СККП смогла это сделать.
Могут ли МКА быть еще меньше? Есть расчеты: при размере 0,4 метра звездная величина МКА составит примерно М18. И если она будет еще меньше, то спутник становится неразличимым с Земли, и с таким «невидимкой» бороться практически невозможно. Что делать?
«Одно из важнейших направлений развития МКА – инспекция геостационарной орбиты, – считает Фатеев. – Если сможем осуществить, это будет успех. Но для этого нам нужны свои инспекционные спутники».
Следующее сложнейшее направление – космические системы обнаружения гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЗЛА). Это одно из самых опасных и серьезных вооружений, которое летает на средних высотах (от 20 до 40 км и даже выше). Вроде, и не спутник, но и не самолет. Скорости – свыше 5 Махов. Далеко не каждая радиолокационная станция способна зафиксировать. И все же российская система контроля космического пространства, в которой есть МКА, будет способна видеть такие гиперзвуковые аппараты. Поскольку они нагреваются до 1000 градусов и создают вокруг себя плазменное поле, требуется всего девять МКА, чтобы «накрыть» ГЗЛА.
Наконец, необходимо создать группировку оперативного контроля ионосферы, в том числе в приполярной области. Это чрезвычайно важно, особенно при решении задач повышения точности ГЛОНАСС. Ошибки в определении координат сегодня еще остаются значительными, и до 2020 года их надо существенно снизить. Это необходимо и в связи с вводом в строй загоризонтных средств радиолокации системы ВКО. Без глубокого знания свойств ионосферы мы не сможем решить задачи точного определения координат радиолокационных целей. Задача вполне решаема с помощью группировки малых аппаратов ионосферного мониторинга.
Не снимается с повестки дня и проблема непрерывного радиационного наблюдения в околоземном пространстве.
Универсальный инструмент
Как видим, для решения самых разных задач, в том числе стоящих перед войсками, необходимо развивать многоспутниковую систему информационного обеспечения. Это не означает, что для каждой из 10–12 рассмотренных выше систем необходима отдельная группировка. Получится слишком дорого. Как считает Фатеев, все это можно и нужно объединить в одной группировке, основа которой – взаимная радиосвязь между всеми ближайшими МКА, которые создают сеть. Каждый видит соседа по каналу миллиметрового диапазона и передает через него свою информацию.
При этом решается самая важная задача – создание глобальной системы передачи информации между любыми наземными и космическими потребителями. Если это достигнуто, то информацию с любого МКА можно передать в нужную точку Земли, будь то сигналы боевого управления от командира подчиненному или разведданные с других аппаратов. Причем в силу постоянного присутствия одного – трех МКА в зоне видимости потребителя (центрального военного командования) разведывательная информация передается в реальном времени из любого места.
Таким образом, единая универсальная многоспутниковая группировка решает задачи обеспечения глобальной связи, всеобъемлющей оперативной разведки ТВД и околоземного космоса, полного контроля гравитационного поля Земли (к сожалению, Россия сейчас осталась без орбитальных геодезических систем) и погоды... Очевидно, что такие возможности будут использоваться и в военных, и в мирных целях. Причем самое интересное гражданское применение коснется каждого из нас. Речь идет о реализации идеи «Космического интернета». Некоторые страны уже строят такие проекты. «Космический интернет» выдвинет Россию в число наиболее информационно развитых стран.
«Остается убедить в эффективности предлагаемой универсальной единой системы МКА двойного назначения нашего военного заказчика, – резюмирует Фатеев. – Конечно, есть проблемы. Нужно развивать совершенно новые информационные и космические технологии. Кроме того, чем меньше КА, тем короче его жизнь на орбите. Поэтому придется предусмотреть либо увеличение высоты орбиты, либо своевременную замену МКА. Кроме того, необходима экономическая оценка создаваемой единой системы, чтобы понять, насколько она будет выгодна для государства».
Кто сформулирует техзадание?
Одна из проблем в том, констатируют эксперты, что у заказчика, то есть Министерства обороны, нет опыта их создания и применения. Второе препятствие – отсутствие тактико-технических требований к подобным МКА. Пока никто четко и точно не сказал, каким должно быть ТЗ.
Конечно, есть соответствующие институты, НИИ, взаимоувязанные стандарты. «В соответствии с международной классификацией МКА подразделяются на аппараты от 500 до 100 килограммов, от 100 до 10 килограммов, от 10 до 1 килограмма, от килограмма до 100 граммов, – напоминает генеральный директор НТПП «Комплексное развитие технологий» Владимир Летунов. – Имеет значение и размер аппаратов. Объекты диаметром менее 10 сантиметров средствами радиотехнического контроля не идентифицируются, а в оптику их можно видеть только на определенных высотах».
Есть понимание, что для таких МКА должна быть разработана единая платформа. Но замысел пока не конкретизирован. Понятны основы, на которых строится группировка, есть набор классификаторов, ограничений и составных частей. По мнению Летунова, уже в обозримой перспективе 90 процентов космических аппаратов будут малого класса, за ними будущее.
Заместитель главного конструктора НПО им. Лавочкина Николай Клименко пояснил, что их фирма давно и целенаправленно выполняет работы по созданию МКА и имеет соответствующий задел. Создана модифицированная космическая платформа «Карат-200». На ее базе предлагаются прикладные научно-технические решения. Ряд экспериментальных аппаратов уже побывал в космосе. Существуют проекты других КА такого типа для решения прикладных задач в интересах военных. Однако Минобороны пока не дает отмашки на производство.
В пороховницах пусто
Есть ли в России концепция запуска и использования МКА? Увы… Хотя впервые предложение по использованию МКА было выдвинуто, повторим, бывшим командующим Военно-космическими силами генерал-полковником Владимиром Ивановым. Его идея заключалась в том, что большие спутники – для высшего руководства, МКА – для группировок войск. Это было еще 20 лет назад, но концепция так и не реализована. Почему?
Требовались конкретные дела. В частности, намечалась серия малых радиолокационных аппаратов под условным названием «Кондор». Они не получили развития. Сейчас лишь один из таких аппаратов находится на орбите. Почему не получилось? Потому что противопоставление больших и малых космических аппаратов – контрпродуктивно, неправильно. Они должны дополнять друг друга. В мирное время нужны высокопроизводительные аппараты для формирования опорных баз данных. МКА такую задачу не решают. А большие – могут. Ранее в особый период, то есть перед войной, по существующим канонам предусматривалось наращивание орбитальной группировки за счет боезапаса космических аппаратов. Но его уже много лет не существует, пополнять орбитальную группировку просто нечем. Однако боезапас должен быть. Потому что когда возникнет необходимость вводить необходимые данные в маршрутные карты ракет, главную роль играет уже не столько производительность, сколько периодичность наблюдения. Наращивание группировки предполагает не просто увеличение числа аппаратов: 20–25–30… Этого не выдержит никакая экономика. Значит, количество должно быть точно просчитано. Периодичность наблюдения в два-три часа вполне устроит военное ведомство.
Надо максимально упрощать конструкцию, удешевлять изделия, используя для этого коммерческие предложения. Как показывает опыт локальных конфликтов, их длительность – от недели до года. Значит, срок активного существования МКА должен быть соизмерим. Главное – не допускать ситуации, когда готовность к запуску будет обеспечена только к окончанию боевых действий.
Но для этого и требуется разработка соответствующей концепции. Срок подготовки к запуску таких аппаратов от поступления команды – неделя. На взгляд разработчиков, было бы целесообразно:
- создать концепцию оперативного наращивания возможностей орбитальной группировки в особый период с сохранением для этого стандарта требований по полезной нагрузке (они должны быть применимы как к большим, так и к малым КА);
разработать унифицированные требования к технологии изготовления КА, которые обеспечат ускоренный их выпуск;
создать унифицированные космические платформы с модульной архитектурой и автоматизированными интерфейсами для ускоренной интеграции в космические системы (чтобы все разработчики имели четкое представление, как и из чего мы будем делать аппарат);
внедрить российские интерфейсы, которые обеспечат функционирование космических платформ в различных условиях.
Наконец, было бы правильно собрать экспертное сообщество, в том числе из представителей ОПК и заказывающих органов, чтобы определиться с применением такой многоцелевой объединенной группировки КА в особый период времени.
До тех пор, пока не будут реализованы названные подходы, ничего нового на космических орбитах России не появится.
Олег Фаличев
Опубликовано в выпуске № 28 (594) за 29 июля 2015 года
