Ведущая международная консультационная компания, специализирующаяся на космической отрасли, представила инновационную конструкцию для миниатюрных спутников. В отличие от общепринятого формата CubeSat, данная дискообразная конфигурация обеспечивает большую мощность на килограмм массы. Это позволяет избежать необходимости в сложных развертываемых солнечных батареях, что критически важно для массового производства простых и экономичных аппаратов.
Американская некоммерческая организация The Aerospace Corporation более полувека оказывает услуги по профессиональной экспертизе космической техники. Среди прочего она одной из первых приняла и начала развивать революционный для своего времени форм-фактор нано- и микроспутников (1-10 и 10-100 килограммов, соответственно) CubeSat в начале 2000-х. Это аппараты, размеры и масса которых кратны кубу со стороной десять сантиметров массой 1,33 килограмма (принят за единицу 1U).
По сути, создание и усовершенствование стандартов размеров кубсатов оказало на аэрокосмическую отрасль аналогичное воздействие, что и внедрение мультимодальных перевозок ISO-контейнеров, что способствует унификации в транспортной сфере. В частности, разработка и запуск спутников стали возможными для широкого круга организаций, включая учебные заведения.
В связи с расширением ассортимента доступных на рынке ракет-носителей Aerospace Corp. предлагает новый универсальный форм-фактор микроспутников. Это диск диаметром 100 или 120 сантиметров, в зависимости от назначения аппарата и доступного под обтекателем ракеты объема. Он ни в коем случае не исключает существование кубсатов — те занимают несколько иную нишу. Но зато делает создание малых спутников радикально проще и дешевле.
Подробная презентация концепции DiskSat опубликована на портале мероприятия Small Satellite Conference, которое состоялось этим летом в Университете штата Юта. Первый прототип, демонстрирующий новые возможности для спутников данного класса Aerospace Corp. планирует запустить в начале 2023 года.
Дисксаты обладают рядом значительных достоинств по сравнению с кубсатами. Прежде всего, для их выведения не нужны специальные крепления и механизмы выталкивания спутника. Кроме того, их не требуется упаковывать в диспенсеры, поскольку благодаря «двумерной» геометрии аппараты можно просто складывать стопкой. Еще одно преимущество заключается в том, что толщина диска может изменяться в широком диапазоне, что позволяет увеличить пространство для размещения оборудования, которого и так достаточно. Основное удобство заключается в том, что увеличенным дисксатам не потребуется отдельный адаптер для полезной нагрузки (если расчетная масса не превышена), в то время как кубсаты формата 3U требуют нестандартных диспенсеров.
За «точку отсчета» Aerospace Corp. предлагается использовать диск диаметром метр и толщиной 2,5 сантиметра. На одной стороне диска располагаются солнечные батареи, а другая может быть оставлена пустой. Благодаря значительно большей площади по сравнению с объемом аппарата, он будет служить эффективным пассивным радиатором. Внутреннее пространство для электроники, сопоставимое по объему с кубсатом 3U, размещается в центре подобного колеса. В результате формируется минимальный комплект оборудования общей массой приблизительно десять килограммов, который включает в себя спутниковую платформу (шасси, энергообеспечение) и полезную нагрузку. Главной особенностью» DiscSat — в гибкости формата.
Предложенная конфигурация отличается не только простотой изготовления и вывода на орбиту, что делает её экономически выгодной, но и наличием значительного свободного пространства. Основная часть диска состоит из легкой алюминиевой сотовой структуры, которая сохраняет прочность конструкции и позволяет разместить дополнительные ниши для оборудования, системы ориентации на двигателях-маховиках и, к примеру, электрореактивную двигательную установку. Площади диска диаметром метр достаточно для размещения солнечных панелей суммарной установленной мощностью до 200 ватт (а на диске диаметром 1,2 метра — 290 ватт). На обратной стороне можно расположить резервные панели для компенсации возможной потери аппаратом ориентации в пространстве, а также фазированную антенную решетку (опционально отклоняемую).
Иными словами, назначение DiscSat — малым спутникам требуется значительное количество энергии. Платформы, имеющие массу до 35 килограммов, обычно не способны выработать более 65 ватт электроэнергии за один оборот вокруг Земли. Лишь сложные системы, оснащенные двумя разворачиваемыми солнечными панелями, состоящими из 17 секций и основанными на кубсатах, демонстрируют выдающиеся показатели 12U — приблизительно 150 ватт на виток при высоте орбиты до 600 километров. Спутниковые диски диаметром около метра, имеющие платформу массой менее десяти килограммов, способны генерировать 90 ватт за виток без необходимости маневрирования и использования дополнительной панели. Добавление всего одной дополнительной створки на единственном шарнире дискасату диаметром 1,2 метра (массой чуть более десяти килограммов) увеличивает выработку электроэнергии до 160 ватт за виток.
Эти параметры могут оказаться весьма полезными для телекоммуникационного оборудования, такого как Starlink. Главное, что DiscSat обеспечивает много энергии «прожорливому» оборудованию связи и электрическим ракетным двигателям, необходимым для довыведения и поддержания высоты на низкой околоземной орбите. Фактически многие полезные особенности «двумерной» конструкции SpaceX уже воплотила в своих массово выпускаемых спутниках. Они плоские, легкие и под обтекателем собираются стопкой. Разве что солнечная батарея у них раскладная из множества листов, а не одной пластиной. Возможно, при создании следующего поколения аппаратов компания Илона Маска воспользуется уже новым форм-фактором.