Существует ограниченное число методов изменения ориентации космического аппарата в пространстве, все они широко известны в отрасли и прошли проверку на практике. Принимая во внимание специфику движения в космическом пространстве, кажется, что разработать принципиально новые решения для этой задачи крайне затруднительно. Однако в ближайшие годы на околоземной орбите будет развернут спутник, оснащенный уникальной системой точной ориентации: для поворота он будет использовать движение солнечных панелей.
Для изменения своего местоположения в пространстве на Земле требуется отталкивание. Это может быть поверхность, стена или воздух, если речь идет о летательном аппарате. Однако в космосе совершить подобное действие непросто.
Легким спутникам на околоземной орбите доступна ориентация по магнитным линиям – это удобный и экономичный способ. Также можно придать аппарату вытянутую форму, чтобы гравитационное поле Земли постоянно поворачивало его более массивной частью в сторону планеты.
На малых высотах аэродинамическая стабилизация возможна благодаря атмосфере, хотя и весьма разреженной. На больших высотах и в космосе можно применять давление солнечного света и ветра. По сути, это все способы, которыми космические аппараты могут изменять ориентацию, не используя собственные ресурсы. Для более точных, быстрых и контролируемых поворотов необходимы сложные механизмы, такие как двигатели-маховики, а также жидкостные, газовые или электрические двигатели.
Обычно на космических аппаратах применяют сочетание всех упомянутых методов в разных модификациях. Однако, с момента появления космонавтики, прошлой половины века, в системах ориентации не появлялось принципиально новых решений. Поэтому тем более удивителен стремительный рост ранее неизвестного американского стартапа Samara Aerospace.
Название может показаться странным для русскоязычных читателей, однако оно не связано ни с географией России, ни с ближневосточными или южноазиатскими названиями samara означает «крылатое семечко», «крылатка». На логотипе компании изображено как раз нечто похожее, поскольку этот образ отражает суть разработанной ею технологии.
Концепция разработки Samara Aerospace следующая. Малый космический аппарат оснащается симметричными раскладными солнечными панелями, сегменты которых соединены не жесткими шарнирами, а гибкими. Эти гибкие шарниры сделаны из пьезоэлектрического материала. Под воздействием тока он может быстро сокращаться или расслабляться, заставляя сегменты солнечных батарей колебаться относительно центра масс космического аппарата. Принцип работы проиллюстрирован на видео выше.
При высокой частоте колебаний космический аппарат функционирует как единый двигатель с маховиком. Это объясняется тем, что вибрация представляет собой быстрое перемещение объекта на незначительное расстояние. Следовательно, солнечные панели выступают в роли массы, сохраняющей момент импульса, от которой отталкивается аппарат для изменения ориентации.
Что еще любопытно, по заявлениям Samara Aerospace, вибрация не должна оказывать негативное влияние на работу высокоточных систем спутника. Более того, эти актуаторы могут компенсировать нежелательные вибрации, возникающие от других компонентов.
Технология называется Многофункциональные конструкции для управления ориентацией) — «комплексные системы, предназначенные для определения направления развития». Разработчики стартапа уже представили функциональность MSAC в лабораторных условиях, и установленный на пневматическом подшипнике прототип прекрасно вращался вокруг своей вертикальной оси. Работы по начальному этапу реализации технологии финансировал акселератор стартапов Techstars, они завершились в начале 2024 года.
Успех, достигнутый с прототипом, немедленно привлек интерес как государственных, так и частных инвесторов. В январе Национальный научный фонд США ( NSF) выделил Samara Aerospace 275 тысяч долларов были выделены в качестве поддержки для разработки летного прототипа. Аналогичные средства были направлены на эти цели, как пишет портал SpaceNews, структура ВВС США под названием SpaceWERX выделила стартапу грант в размере 1,25 миллиона долларов. По условиям контракта, на эти деньги Samara Aerospace должна вступить в партнерство с компанией, занимающейся дистанционным зондированием Земли, и испытать MSAC на одном из ее спутников.
Конкретные сроки выполнения проекта не определены, однако ход работ Samara Aerospace впечатляют. Путь от основания до демонстрации прототипа стартап прошел за два года.
В настоящее время приоритетом для компании является выполнение обязательств перед инвесторами и запуск опытного образца. Только после этого Национальный научный фонд выделит средства на дальнейшую разработку технологии до стадии коммерческого применения — вторая фаза соглашения предусматривает получение дополнительно полтора миллиона долларов. Эта сумма, хотя и не является значительной в аэрокосмической сфере, представляет собой существенный вклад для компании, находящейся на старте.