Pomimo rywalizacji czołowych potęg kosmicznych w rozwoju rakiet nośnych o dużej pojemności, w niedalekiej przyszłości małe i ultramałe statki kosmiczne (SSC) będą się dynamicznie rozwijać. Jakie zadania rozwiążą?
W warunkach zatłoczenia w kosmosie bliskim Ziemi stawka małego statku kosmicznego może okazać się bardzo obiecująca. I to nie tylko dlatego, że są kilkakrotnie tańsze od silników wielotonowych, a ich sprawność nie jest mniejsza.
Potwory na orbicie
Jednym z najważniejszych kierunków rozwoju małych systemów statków kosmicznych jest wsparcie informacyjne dla wojsk. Rosja była pierwszym z krajów, który umieścił odpowiedni sprzęt na pokładzie ultramałego statku kosmicznego. W 1995 r. kierunek ten został poparty i, jak mówią, pobłogosławiony przez dowódcę Wojskowych Sił Kosmicznych (1989-1992), generała pułkownika Władimira Iwanowa. W celu realizacji planu zebrała się grupa młodych naukowców pod przewodnictwem generała dywizji Wiaczesława Fatejewa.
Mały statek kosmiczny można stworzyć w murach uniwersytetu
Zdjęcie: bmstu.ru
Co ma wspólnego mały statek kosmiczny ze wsparciem informacyjnym zgrupowań naziemnych wojsk i obrony powietrznej? Faktem jest, że każdy tradycyjny system kosmiczny ma swoje wady i zalety. W końcu nie bez powodu rozwój orbiterów przebiegał ze stałym wzrostem rozmiarów i masy – tego wymagał umieszczony na nich sprzęt. Weźmy na przykład satelity rozpoznawcze optyczno-elektroniczne. Ich rozdzielczość jest proporcjonalna do średnicy obiektywu pokładowego teleskopu. Optyka, dająca zadowalające wyniki do rozpoznania, ma masę od trzech do pięciu ton. Satelity wyposażone w taki sprzęt dają dobre obrazy. Ale ze względów ekonomicznych bardzo niewiele takich statków kosmicznych jest wystrzeliwanych i fizycznie nie mogą znajdować się na właściwym punkcie orbity, aby kontrolować sytuację w arbitralnie wybranym obszarze. Albo takich satelitów rozpoznawczych powinno być dużo, albo będziesz musiał zaakceptować, że kontrola z kosmosu na danym polu bitwy jest możliwa w najlepszym razie dwa lub trzy razy dziennie. Ponadto odszyfrowanie obrazów kosmicznych w celu rozpoznania celu wymaga z reguły dużej inwestycji czasu, co jest nie do przyjęcia w warunkach działań wojennych.
Inteligencja elektroniczna stawia również poważne wymagania pojazdowi nośnemu: aby zwiększyć rozdzielczość, odbiorniki pokładowe muszą być rozłożone tak daleko, jak to możliwe, ale jest ograniczenie - wymiary satelity.
Kosmiczny rozpoznanie radarowe, oparte na tzw. zasadzie monolokacji, ma swoje wymagania. Tutaj potrzebna jest większa moc z pokładowego systemu zasilania, co zwiększa obciążenie. Dodatkowo taki system zapewnia tylko jeden kąt obserwacji i łatwo go oszukać stosując fałszywe cele w postaci najprostszych reflektorów narożnych.
Zrób miejsce dla "dzieci"!
Okazuje się, że przy tradycyjnych metodach zwiadu kosmicznego statek kosmiczny z definicji nie może być mały. Oznacza to, że nadszedł czas na przyjęcie innych metod. Na forum Army-2015 poświęcono im „okrągły stół” „Mały statek kosmiczny – narzędzie do rozwiązywania problemów obrony powietrznej”.
Pierwszy obszar to eksploracja multispektralna. Według Wiaczesława Fatejewa teleskopem o minimalnej średnicy możemy, jak mówią, zasłonić cel i zrobić zdjęcie o niskiej rozdzielczości. Ale jeśli dodamy do tego wielospektralny portret celu, to za pomocą komputera pokładowego otrzymamy wysokiej jakości obraz w czasie rzeczywistym. System rozpoznania optycznego bez dużego teleskopu okazuje się dość kompaktowy, a szybkość przetwarzania sygnału nowoczesnymi środkami jest wysoka. Przeprowadzone eksperymenty przyniosły obiecujące wyniki, ale nie zostały jeszcze zgłoszone przez Ministerstwo Obrony. Ale w USA na tej zasadzie powstał już statek kosmiczny do informacyjnego wsparcia pola bitwy TACSAT.
Drugi kierunek to rozwój inteligencji elektronicznej. Przy odległości między satelitami wynoszącej 10-50 kilometrów rozdzielczość systemu kosmicznego wzrasta setki razy ze względu na wzrost bazy pomiarowej. Obliczono parametry statku kosmicznego wymagane do tych celów. Waży tylko 100 kilogramów. A system trzech lub czterech takich małych statków kosmicznych będzie w stanie zapewnić dwustronną komunikację na polu bitwy, monitorując pojazdy, terytorium, atmosferę … Dokładność określania współrzędnych to metry. Dziś taki system jest bardzo poszukiwany przez siły rakietowe i artylerię. Ale żeby otrzymać na to zamówienie, znowu musimy poważnie współpracować z Ministerstwem Obrony.
Jeśli chodzi o radar, eksperci zbadali możliwość zewnętrznego oświetlenia radiowego celu lub napromieniowania go z innych satelitów - jakby z boku. Co to robi?
„Jeden satelita gromady z nadajnikiem napromieniowuje powierzchnię Ziemi i cele, a znajdujące się obok lekkie satelity (bez nadajników i potężnych systemów zasilania) odbierają sygnał odpowiedzi”, wyjaśnia Fateev, „i budują obrazy radiowe tych celów. Co więcej, w klastrze otrzymujemy nie jeden, ale kilka obrazów radiowych jednocześnie, co eliminuje możliwość zakłóceń i otwiera możliwość otwierania zamaskowanych celów.”
Naukowcy przeprowadzili eksperyment dotyczący docelowego oświetlenia radiowego za pomocą sondy GLONASS. Sygnał był słaby. Niemniej jednak siedem obrazów radiowych obserwowanego celu zostało zsyntetyzowanych z oświetleniem z siedmiu satelitów jednocześnie. To stało się nowym kierunkiem pracy. Sądząc po publikacjach w prasie zagranicznej, zainteresowali się eksperymentem za granicą. Europejska Agencja Kosmiczna zamierza to powtórzyć. Ale bez względu na to, co im się uda, tutaj byliśmy pierwsi.
Ochrona granic orbitalnych
Dla wsparcia informacyjnego wojsk ważne jest rozwiązanie nie tylko problemu operacyjnego połączenia pododdziałów w rejonie konfliktu zbrojnego, ale także problemu globalnej łączności operacyjnej oddalonych zgrupowań wojskowych (zgrupowania okrętów wojennych, zgrupowania lotnicze) z centralnym dowództwem wojskowym. Jak pokazują doświadczenia krajowe i zagraniczne, wszystkie te problemy są stosunkowo proste i stabilne do rozwiązania za pomocą niskoorbitowych grup komunikacji małych statków kosmicznych.
Kolejnym ważnym obszarem wsparcia informacyjnego wojsk jest globalna kontrola pogody na obszarach działań bojowych i obszarach przerzutów wojsk. Jest to również w gestii ugrupowań ICA. Pokazały to nasze i zagraniczne doświadczenia.
Innym kierunkiem jest poprawa rzutu kosmicznego regionu wschodniego Kazachstanu. Tutaj, według Wiaczesława Fatejewa, pierwszym i najbardziej udanym zastosowaniem małego statku kosmicznego jest opracowanie systemu kontroli kosmicznej (OMSS). Na orbicie umieszczonych jest wiele satelitów typu cross-field. Modelowanie sugeruje, że tylko osiem statków kosmicznych w konstelacji umożliwi wyjaśnienie celu każdego nowego obiektu w ciągu pół godziny. Teraz w naziemnych systemach optoelektronicznych i radarowych zajmuje to kilka godzin.
Kolejną zaletą tworzenia takiego rzutu kosmicznego jest to, że nie mamy obiektów naziemnych, które obserwowałyby orbity o nachyleniu mniejszym niż 30 stopni. Nie są dla nas dostępne, ale ten system sprawi, że zadanie będzie możliwe do rozwiązania.
Możliwe jest poszerzenie rzutu kosmicznego SKKP również poprzez tworzenie środków rozpoznania elektronicznego. Aby to zrobić, małe statki kosmiczne są wyposażone w elektroniczne przechwytywacze. Dzięki temu możliwa jest globalna obserwacja wszystkich systemów łączności geostacjonarnej, które wcześniej były niedostępne do sterowania.
Kolejnym problemem, który obrona lotnicza będzie musiała rozwiązać w najbliższym czasie, jest walka z tzw. satelitami inspekcyjnymi. Wiemy, że Amerykanie ich używają. Opublikowano dane o stworzeniu i wystrzeleniu na orbitę geostacjonarną dwóch małych satelitów o wadze około 220 kilogramów. Celem jest kontrola działania ich geostacjonarnego statku kosmicznego. Jednak te dwa pojazdy na orbicie poruszają się w jednym lub drugim kierunku w obszarze zasięgu zarówno amerykańskiego, jak i naszego geostacjonarnego statku kosmicznego. Bardzo trudno jest je dostrzec z Ziemi, ale nasz SKKP był w stanie to zrobić.
Czy MCA może być jeszcze mniejszy? Istnieją obliczenia: przy wielkości 0,4 metra gwiazdowa wielkość MCA będzie wynosić około M18. A jeśli jest jeszcze mniejszy, to satelita staje się nie do odróżnienia od Ziemi, a walka z taką „niewidzialnością” jest praktycznie niemożliwa. Co robić?
„Jednym z najważniejszych kierunków rozwoju małych statków kosmicznych jest inspekcja orbity geostacjonarnej” – uważa Fateev. - Jeśli nam się uda, będzie to sukces. Ale do tego potrzebujemy naszych własnych satelitów inspekcyjnych”.
Kolejnym najtrudniejszym obszarem są systemy wykrywania przestrzeni dla samolotów hipersonicznych (GZVA). To jedna z najniebezpieczniejszych i najpoważniejszych broni, która lata na średnich wysokościach (od 20 do 40 km i nawet wyżej). Wygląda na to, że nie satelita, ale też nie samolot. Prędkości - powyżej Mach 5. Nie każda stacja radarowa jest w stanie wykryć. A jednak rosyjski system kontroli kosmosu, który ma mały statek kosmiczny, będzie mógł zobaczyć takie naddźwiękowe pojazdy. Ponieważ nagrzewają się do 1000 stopni i tworzą wokół siebie pole plazmy, do „pokrycia” GZVA potrzeba tylko dziewięciu małych statków kosmicznych.
Wreszcie konieczne jest utworzenie grupy do kontroli operacyjnej jonosfery, w tym w regionie okołobiegunowym. Jest to niezwykle ważne, zwłaszcza przy rozwiązywaniu problemów zwiększania dokładności GLONASS. Błędy w wyznaczaniu współrzędnych są dziś nadal znaczące i do 2020 roku muszą zostać znacznie zredukowane. Jest to również konieczne w związku z uruchomieniem pozahoryzontalnych obiektów radarowych systemu obrony powietrznej. Bez dogłębnej znajomości właściwości jonosfery nie będziemy w stanie rozwiązać problemu dokładnego określenia współrzędnych celów radarowych. Zadanie to jest całkiem możliwe do rozwiązania za pomocą grupy małych jonosferycznych urządzeń monitorujących.
Z porządku dziennego nie został również usunięty problem ciągłego monitoringu promieniowania w przestrzeni bliskiej Ziemi.
Narzędzie uniwersalne
Jak widać, do rozwiązywania różnorodnych zadań, także tych stojących przed wojskami, konieczne jest opracowanie wielosatelitarnego systemu wsparcia informacyjnego. Nie oznacza to, że każdy z omówionych powyżej 10–12 systemów wymaga osobnego pogrupowania. To będzie za drogie. Według Fateeva wszystko to można i należy połączyć w jedno ugrupowanie, którego podstawą jest wzajemna komunikacja radiowa między wszystkimi najbliższymi małymi statkami kosmicznymi, które tworzą sieć. Każdy widzi sąsiada na kanale fal milimetrowych i przekazuje przez niego swoje informacje.
Jednocześnie rozwiązuje się najważniejsze zadanie - stworzenie globalnego systemu przesyłania informacji między dowolnymi konsumentami naziemnymi i kosmicznymi. Jeśli to zostanie osiągnięte, informacje z dowolnego małego statku kosmicznego mogą być przesyłane do pożądanego punktu na Ziemi, niezależnie od tego, czy będą to sygnały kontroli bojowej od dowódcy do podwładnego, czy też dane wywiadowcze z innych pojazdów. Co więcej, ze względu na stałą obecność jednego lub trzech małych statków kosmicznych w strefie widoczności konsumenta (centralne dowództwo wojskowe), informacje wywiadowcze są przesyłane w czasie rzeczywistym z dowolnego miejsca.
W ten sposób pojedyncza uniwersalna konstelacja wielosatelitarna rozwiązuje problemy zapewnienia globalnej łączności, kompleksowego rozpoznania operacyjnego teatru działań i przestrzeni przyziemnej, pełnej kontroli pola grawitacyjnego Ziemi (niestety Rosja została teraz pozbawiona orbitalnych systemów geodezyjnych) i pogoda…militarna i pokojowa. Co więcej, najciekawsze zastosowanie cywilne wpłynie na każdego z nas. Chodzi o realizację idei „Kosmicznego Internetu”. Niektóre kraje już budują takie projekty. „Kosmiczny Internet” nominuje Rosję do grona najbardziej rozwiniętych informacyjnie krajów.
„Pozostaje przekonanie naszego klienta wojskowego o skuteczności proponowanego uniwersalnego pojedynczego systemu małych statków kosmicznych podwójnego zastosowania”, podsumowuje Fateev. - Oczywiście są problemy. Niezbędny jest rozwój zupełnie nowych technologii informacyjnych i kosmicznych. Ponadto im mniejszy statek kosmiczny, tym krótsza jest jego żywotność na orbicie. Dlatego konieczne będzie zapewnienie albo zwiększenia wysokości orbity, albo terminowej wymiany małego statku kosmicznego. Ponadto konieczna jest ocena ekonomiczna tworzonego ujednoliconego systemu, aby zrozumieć, na ile będzie to korzystne dla państwa.”
Kto sformułuje SIWZ?
Jednym z problemów jest, zdaniem ekspertów, to, że klient, czyli Ministerstwo Obrony, nie ma doświadczenia w ich tworzeniu i użytkowaniu. Drugą przeszkodą jest brak wymagań taktycznych i technicznych dla tak małych statków kosmicznych. Do tej pory nikt nie określił jasno i precyzyjnie, jaki powinien być TK.
Oczywiście istnieją odpowiednie instytucje, instytuty badawcze i powiązane ze sobą normy. „Zgodnie z międzynarodową klasyfikacją MCA są podzielone na urządzenia od 500 do 100 kilogramów, od 100 do 10 kilogramów, od 10 do 1 kilograma, od kilograma do 100 gramów”, wspomina Vladimir Letunov, dyrektor generalny Zintegrowanego Rozwoju Technologie NCCI. - Wielkość urządzeń też ma znaczenie. Obiekty o średnicy mniejszej niż 10 centymetrów nie są identyfikowane za pomocą sterowania radiowego, a przez optykę można je zobaczyć tylko na określonych wysokościach.”
Panuje przekonanie, że dla tak małych statków kosmicznych należy opracować jedną platformę. Ale plan nie został jeszcze skonkretyzowany. Podstawy, na których zbudowane jest grupowanie, są jasne, istnieje zestaw klasyfikatorów, ograniczeń i komponentów. Według Letunova, w dającej się przewidzieć przyszłości 90 procent statków kosmicznych będzie należało do małej klasy, a przyszłość za nimi.
Zastępca Głównego Projektanta NPO im. Ławoczkin Nikołaj Klimenko wyjaśnił, że ich firma od dawna i celowo prowadzi prace nad stworzeniem MCA i ma odpowiednie podstawy. Powstała zmodyfikowana platforma kosmiczna „Karat-200”. Na jej podstawie oferowane są zastosowane rozwiązania naukowo-techniczne. W kosmosie znalazło się już wiele eksperymentalnych pojazdów. Istnieją projekty innych statków kosmicznych tego typu do rozwiązywania problemów stosowanych w interesie wojska. Jednak Ministerstwo Obrony nie dało jeszcze zgody na produkcję.
Butelki z proszkiem są puste
Czy Rosja ma pomysł na wystrzelenie i użycie małego statku kosmicznego? Niestety… Chociaż po raz pierwszy wysunięto propozycję użycia małego statku kosmicznego, powtarzamy, byłego dowódcy Wojskowych Sił Kosmicznych, generała pułkownika Władimira Iwanowa. Jego pomysł był taki, że duże satelity są dla najwyższego przywództwa, MCA dla zgrupowań żołnierzy. To było 20 lat temu, ale koncepcja nigdy nie została wdrożona. Czemu?
Wymagane były konkretne przypadki. W szczególności planowano serię małych urządzeń radarowych pod kryptonimem „Condor”. Nie zostały opracowane. Teraz tylko jeden z tych pojazdów jest na orbicie. Dlaczego to nie zadziałało? Ponieważ przeciwstawianie się dużym i małym statkom kosmicznym jest szkodliwe i złe. Powinny się uzupełniać. W czasie pokoju do tworzenia referencyjnych baz danych potrzebne są wysokowydajne urządzenia. MCA nie rozwiązuje tego problemu. A duże mogą. Wcześniej, w szczególnym okresie, tj. przed wojną, zgodnie z istniejącymi kanonami przewidywano budowę grupy orbitalnej kosztem amunicji do statków kosmicznych. Ale nie istnieje od wielu lat, po prostu nie ma nic do uzupełnienia grupy orbitalnej. Powinna jednak być amunicja. Gdy bowiem konieczne staje się wprowadzenie niezbędnych danych do map tras pocisków, główną rolą nie jest już wydajność, a częstotliwość obserwacji. Wzrost ugrupowania zakłada nie tylko wzrost liczby aparatów: 20–25–30… Żadna gospodarka tego nie wytrzyma. Oznacza to, że ilość musi być dokładnie obliczona. Departamentowi wojskowemu wystarczy okres obserwacji od dwóch do trzech godzin.
Konieczne jest maksymalne uproszczenie projektu, aby obniżyć koszty produktów, wykorzystując do tego oferty handlowe. Jak pokazują doświadczenia lokalnych konfliktów, ich czas trwania wynosi od tygodnia do roku. Oznacza to, że okres aktywnego istnienia MCA musi być proporcjonalny. Najważniejsze jest, aby zapobiec sytuacji, w której gotowość do startu zapewni dopiero zakończenie działań wojennych.
Wymaga to jednak opracowania odpowiedniej koncepcji. Okres przygotowań do uruchomienia takich urządzeń od otrzymania dowództwa to tydzień. W opinii twórców wskazane byłoby:
- stworzenie koncepcji operacyjnej rozbudowy możliwości konstelacji orbitalnej w szczególnym okresie przy zachowaniu wymagań dotyczących ładowności dla tego standardu (powinny mieć zastosowanie zarówno do dużych, jak i małych statków kosmicznych);
- opracowanie ujednoliconych wymagań dotyczących technologii produkcji statków kosmicznych, które zapewnią ich przyspieszone uwalnianie;
- tworzenie zunifikowanych platform kosmicznych o modułowej architekturze i zautomatyzowanych interfejsach do przyspieszonej integracji z systemami kosmicznymi (aby wszyscy programiści mieli jasne wyobrażenie o tym, jak iz czego zrobimy urządzenie);
- wprowadzenie rosyjskich interfejsów, które zapewnią funkcjonowanie platform kosmicznych w różnych warunkach.
Wreszcie słuszne byłoby zgromadzenie środowiska eksperckiego, w tym przedstawicieli kompleksu przemysłu obronnego i organów zamawiających, aby w określonym czasie podjąć decyzję o zastosowaniu takiego wielozadaniowego wspólnego zgrupowania statków kosmicznych.
Dopóki powyższe podejścia nie zostaną wdrożone, na rosyjskich orbitach kosmicznych nie pojawi się nic nowego.
