Космическая промышленность, расположенная на территории УССР, играла значительную роль в разработке и построении искусственных спутников Земли. Харьковские заводы «Коммунар» и «Монолит», киевский «Арсенал» и Евпаторийский космический центр приложили свои усилия для запуска первого спутника на орбиту в 1957 году, а в цехах ОКБ-586 (сегодня — КБ «Южное») была основана линейка днепровских спутников (ДС), известных также как «Космос» и «Интеркосмос» (модификация для экспорта).
С провозглашения независимости Украина сохранила курс на проектирование и разработку собственных спутников, однако столкнулась с чередой препятствий на своем пути. Преимущественно они связаны с нехваткой заказов и устаревшей промышленно-технической базой, которая так и не претерпела существенных изменений со времен СССР.
Впрочем, новейшие подходы, которые сейчас демонстрирует частный аэрокосмический сектор, положительно влияют на ситуацию, а спутники украинской разработки — как государственной, так и частной — вновь успешно достигают орбиты.
Первые мониторинговые спутники: легендарная серия «Січ»
После распада СССР Украина оказалась одной из наиболее развитых в аграрном плане стран изо всех постсоветских республик. Этот факт привел к зарождению идеи использовать спутниковые технологии для наблюдения за состоянием земельных участков с орбиты. Замысел был прост: вывести на орбиту Земли оптический спутник (по сути, большой телескоп, направленный на нашу планету), разрешения которого будет достаточно для сбора актуальных данных о состоянии растительности, почвы, внутренних водоемов, а также для наблюдения за другими физико-геологическими структурами.
Так возникла концепция спутника «Січ» производства Южного машиностроительного завода имени А. М. Макарова. Первой ласточкой стал «Січ-1» весом 1915 кг, достигший орбиты 31 августа 1995 года на борту трехступенчатой ракеты-носителя «Циклон-3».
Кроме мониторинговой, еще одной функцией «Січ-1» была научно-исследовательская. Спутник исследовал ионосферу и магнитосферу Земли и мог анализировать уровень космической плазмы. Аппарат превзошел свой заявленный пятилетний эксплуатационный срок и работал вплоть до 2001 года, предоставляя Украине актуальную информацию, прежде всего о состоянии собственных территорий.
Следующим спутником серии стал «Січ-1М», выведенный на орбиту 24 декабря 2004 года на ракете «Циклон-3» с территории российского космодрома «Плесецк». Во многом космический аппарат походил на своего предшественника. Разумеется, были и значительные отличия, например, оптическая камера «Січ-1М» обладала более высоким разрешением, составившим 24 м на пиксель. Существенно увеличилась и ширина полосы спутникового бокового сканера — она возросла с 450 км до 700 км.
Спутник нес гораздо больше полезной нагрузки из научных устройств, что позволило ему собирать данные не только в оптическом, но и в инфракрасном и микроволновом диапазонах. Закономерно это повлияло на его общую массу — она увеличилась на 308 кг (в сравнении с «Січ-1») и составила 2223 кг.
«Січ-1М» не зря набрал «избыточный вес», ведь эти килограммы отнюдь не стали лишними. В частности, на спутнике имелись такие интересные приборы:
- МСУ-ЭУ — комплекс с оптической камерой для видеонаблюдения.
- РФА — комплекс радиофизической аппаратуры для получения данных в микроволновом диапазоне.
- МТВЗА-ОК — гибридный сканер, способный принимать данные сразу в трех диапазонах: оптическом, микроволновом и инфракрасном. Устройство хорошо зарекомендовало себя в изучении климата, атмосферы и зондировании верхних слоев водных поверхностей.
- РТВК-М — оптический комплекс, предназначавшийся для метеорологических целей и исследования изменения климата.
Основная функция спутника, как и раньше, была мониторинговой — «Січ-1М» был ориентирован на исследование вод мирового океана, ледников, растительности и климата. Отдельной задачей спутника стало проведение эксперимента «Вариант» по изучению возникновения сейсмической активности на Земле. За период своего функционирования, длившийся с 24 декабря 2004 года до 15 апреля 2006-го, аппарат выполнил комплексные эксперименты совместно со спутниками National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), а также с французским мониторинговым метеорологическим спутником Demeter.
Вторая генерация спутников «Січ» появилась спустя пять лет после окончания активной фазы использования «Січ-1М». 17 августа 2011 года на ракете «Дніпро» в космос отправился третий спутник серии — «Січ-2». Наиболее значимым отличием нового спутника стал комплекс научной аппаратуры «Потенциал», с помощью которого проводились тщательные исследования космической плазмы, электрического и магнитного поля Земли в верхних слоях атмосферы. К сожалению, орбитальное путешествие «Січ-2» было кратковременным. Вследствие аномалии в системе энергопитания космического аппарата связь с ним оборвалась 12 декабря 2012 года.
Последней в серии стала следующая модификация, приуроченная к 30-й годовщине независимости Украины. Отсюда и название нового спутника — «Січ-2-30».
Конструктивно четвертая версия «Січ» была очень похожа на египетский спутник EgyptSat-1, тендер на разработку которого КБ «Южное» выиграло еще в далеком 2001 году. Разработка «Січ-2-30» стартовала в 2015-м и длилась четыре года. Общая стоимость проекта составила $245 млн.
Как и его предшественников, «Січ-2-30» оснастили оптической камерой, позволяющей делать снимки земной поверхности в разрешении 7,8 м на пиксель. Следует заметить, что для 2021 года подобное разрешение было слишком мало, чтобы применить спутник в целях военной разведки, однако он все еще хорошо подходил для других задач по мониторингу поверхности Земли. Чтобы восполнить этот пробел, Государственное космическое агентство Украины (ГКАУ) решило использовать «Січ-2-30» для первичного мониторинга, фотографируя зоны интереса и при необходимости покупая снимки более высокого разрешения (до 0,5 м на пиксель) у других операторов на международном рынке. Довольно спорное решение все равно не позволило раскрыть потенциал спутника для выполнения задач по национальной безопасности и разведке. К огромному сожалению, «Січ-2-30» так и остался промежуточным звеном, которое скорее замедляло работу разведки, нежели ускоряло ее.
Впрочем, низкое разрешение оптических камер «Січ-2-30» не было основной проблемой спутника. После запуска космического аппарата 13 января 2022 года ГКАУ не удалось наладить устойчивую связь с ним. Из-за этого «Січ-2-30» не смог получить от операторов команды по пространственной ориентации и навигации орбитального движения. Эта неудача привела к нарушениям в работе системы энергообеспечения спутника — его солнечные панели были направлены в сторону Земли и принимали только отраженный от поверхности планеты солнечный свет. Изредка прямое излучение Солнца попадало на солнечные панели спутника, однако угол падения был слишком острым для того, чтобы поддерживать его стабильную работу.
«Січ-2-30» по сей день остается в статусе ограниченного режима функционирования, поэтому его сложно отнести к активу Украины. Однако в некоторых аспектах спутник все же был первым. Так, «Січ-2-30» стал первым примером сотрудничества ГКАУ со SpaceX. За $2 млн (что было самым выгодным предложением изо всех возможных на рынке) космический аппарат вывела на орбиту ракета Falcon 9. «Січ-2-30» был также интегрирован в сеть европейских мониторинговых спутников программы Copernicus, что давало ему возможность обмениваться данными с европейскими спутниками-наблюдателями.
История мониторинговых спутников «Січ» пережила времена взлетов и падений. Космические аппараты стали первой успешной реализацией спутников для целей дистанционного зондирования земной поверхности и подтвердили возможности Украины развиваться в этом направлении. Первый удачный опыт с мониторинговыми спутниками убедил украинский космический сектор в собственной способности разрабатывать искусственные космические аппараты и для других целей. И взрывное развитие телекоммуникационных спутниковых технологий в начале нового тысячелетия сформулировало видение следующего космического проекта.
Телекоммуникационные спутники: украденный «Либідь»
Настоящему грабежу подвергся проект первого украинского телекоммуникационного спутника, который Государственное космическое агентство Украины планировало запустить на геостационарную орбиту Земли. Согласно замыслу разработчиков, спутник, получивший название «Либідь», должны были оснастить 24 транспондерами (20 активных и четыре пассивных) мощностью от 100 до 110 Вт, которые позволяли бы вести радиовещание в Ku-диапазоне частот.
«Либідь» был призван стать фундаментом в создании Национальной системы спутникового вещания Украины: предоставлять услуги собственного регионального радио- и телевещания, телефонии и спутникового интернета. Несмотря на направленность на национальный рынок, аппаратный потенциал позволял обеспечивать зарубежное спутниковое вещание. В частности, его планировалось использовать для телевещания и предоставления быстрого доступа в интернет для регионов Ближнего Востока, Азии, а также Восточной Европы. Украина вплотную приблизилась к тому, чтобы основать собственную телекоммуникационную сеть и стать ведущим провайдером спутниковых телекоммуникационных услуг в регионах, где на них действительно был большой спрос.
Основным подрядчиком для строительства космического аппарата была выбрана канадская компания MacDonald Dettwiler and Associates (MDA). Компания разрабатывала телекоммуникационное оборудование и другую аппаратуру связи, которую должны были установить на «Либідь». Свое место в проекте получили и россияне — предприятие «Информационные спутниковые системы» (ИСС) имени академика М. Ф. Решетнева (г. Железногорск), разработавшее около 65% всех современных российских спутников, было выбрано соподрядчиком в проекте. ИСС должно было спроектировать конструкцию модуля полезной нагрузки, а также спутниковую шину — платформу, на которой его следовало установить.
Как видим, украинским спутник «Либідь» можно было назвать довольно условно. Сугубо украинской в проекте была только ракета-носитель «Зенит-3SLБ» (позже была заменена на «Зенит-3SLВФ»), которая должна была доставить «Либідь» на орбиту. Именно канадско-российская разработка позже и сыграла с этим спутником злую шутку.
Стоимость проекта «Либідь» (спутника и наземной инфраструктуры для приема сигнала) изначально была оценена в более чем $254,6 млн. Это были огромные деньги для ГКАУ, поэтому для реализации проекта Украина взяла десятилетний кредит на $290 млн у Экспортного агентства Канады (EDC). Систематические переносы сроков запуска спутника прогнозируемо привели к увеличению этой суммы, доведя ее до $300 млн по состоянию на начало 2020 года.
Но деньги были не единственной проблемой проекта. Французская телекоммуникационная компания Eutelsat выступила с нотой протеста против рабочей орбитальной позиции спутника, который планировалось разместить на 38,2° восточной долготы. Eutelsat выразила обеспокоенность, что пребывание космического аппарата в этой орбитальной плоскости приведет к конфликту «Либідь» с французскими телекоммуникационными спутниками, которые уже располагались в орбитальной позиции на 36° восточной долготы. Компания предложила украинцам изменить рабочее положение спутника, взамен предоставив ГКАУ доступ к одному из своих спутников-ретрансляторов.
Сначала «Либідь» хотели запустить на орбиту в 2011 году с территории казахстанского космодрома «Байконур». Для запуска планировали воспользоваться ракетой-носителем украинского производства — «Зенит-3SLБ». Ракета была модификацией украинской «Зенит-3SL», которая на тот момент запускалась с плавучей платформы для запусков Sea Launch. Но время шло, а модификация «Зенита» так и не появилась.
В 2014 году еще недостроенный спутник перебазировали в российский город Железногорск, где свою часть работ должен был выполнить соподрядчик проекта — компания ИСС. Однако срок выполнения этих работ постоянно затягивали (учитывая то, что с 2014 года Россия начала гибридную агрессию против Украины, можно прийти к выводу, что российская сторона поступала так намеренно).
Первый шаг, приведший к упадку проекта «Либідь», сделала канадская MDA. 7 сентября главный подрядчик в одностороннем порядке вышел из проекта, не объясняя причин широкой общественности. ГКАУ предприняло ряд попыток вернуть канадцев к разработке, впрочем, все они оказались тщетными.
На тот момент времени прототип спутника находился в стенах российского предприятия ИСС. Россияне удачно для себя воспользовались задержками и выходом из проекта основного поставщика телекоммуникационного оборудования: спутник остается в Железногорске по сей день, фактически похищенный российским предприятием.
Череда недоразумений и вялая заинтересованность в разработке проекта его основных участников предоставили россиянам шанс воспользоваться излюбленной тактикой: «Захвати у соседа то, что он не в состоянии защитить»
До сих пор между двумя странами продолжается судебная тяжба за возвращение спутника «Либідь» в Украину. ГКАУ требует от международного арбитражного суда возвращения космического аппарата Украине или же взыскания с России полной суммы, потраченной нашей страной на его разработку. Теоретически, надежды на восстановление справедливости в истории с похищением «Либідь» все еще существуют, однако страна-агрессор уже не раз демонстративно пренебрегала нормами международного права, поэтому бесполезно надеяться, что опыт «Либідь» будет существенно отличаться от установившейся практики.
Формально, пока судебный иск не завершен, проект спутника «Либідь» до сих пор пребывает в статусе разработки. На замену похищенному спутнику Украина решила разработать новый. По замыслу, «»Либідь-М» станет сугубо украинской разработкой, а его изготовлением будут заниматься КБ «Южное» и Южный машиностроительный завод. Однако информация о статусе разработки нового спутника пока не афишируется.
Кубсаты PolyITAN: когда размер имеет значение
Интересные наработки были реализованы Украиной в серии из трех миниатюрных спутников PolyITAN, выведенных на орбиту в период с 2014 до 2023 года. PolyITAN стал первым украинским наноспутником в формате CubeSat. Размер таких космических аппаратов не превышает 10 см3, а вес — 1,3 кг. Кубсаты задали новый тренд в спутниковых технологиях и хорошо зарекомендовали себя в сфере спутников целевого назначения и экспериментальных лабораторий по исследованию космического пространства.
Наибольшую популярность кубсаты приобрели именно в последнее десятилетие, во многом благодаря усилению интереса к малой околоземной орбите (LEO). Рабочая высота PolyITAN-1 составила от 650 до 710 км. Миниатюрные спутники были дешевле и проще в конструировании (по сравнению с великанами весом в несколько тонн, которые доминировали в спутниковой отрасли всю вторую половину ХХ века).
Украина довольно рано разглядела тенденцию к уменьшению габаритов спутников. Активная разработка первой модели PolyITAN-1 началась в стенах Киевского политехнического института имени Игоря Сикорского (Национальный технический институт Украины) в 2009 году. PolyITAN-1 стал частью международной программы по исследованию изменений климата среди университетов — QB50, а в разработке космического аппарата участвовали младшие научные сотрудники, студенты и инженеры КПИ.
Основным назначением PolyITAN-1 стало изучение влияния космической среды на спутниковые системы и электронику. Он также должен был продемонстрировать способность украинских специалистов выполнять работы в ракетно-космической отрасли и помочь вырастить квалифицированные кадры в этой сфере. Он был запущен 19 июня 2014 года на борту украинской ракеты-носителя «Дніпро» вместе с еще 32 спутниками из 17 стран мира, принимавших участие в программе QB50.
Успех PolyITAN-1 вдохновил специалистов из киевского КПИ продолжать работу в области строительства новых моделей кубсатов. Новый спутник, получивший название PolyITAN-2-SAU, как и его предшественник, был частью следующего этапа университетской программы QB50. На этот раз главной целью PolyITAN-2-SAU было исследование термосферы Земли. С помощью установленных на борту датчиков кубсат измерял концентрацию атомарного кислорода в верхних слоях земной атмосферы. Наноспутник несколько увеличился в размерах (10×10×20 см), а также прибавил в весе — теперь масса космического аппарата составляла 1,9 кг. За питание ключевых систем PolyITAN-2 отвечали четыре солнечные батареи, состоявшие из 16 арсенид-галлиевых фотоэлектрических преобразователей.
1 — полезная нагрузка (FIPEX); 2 — солнечные батареи; 3 — несущие элементы конструкции; 4 — сотопанели; 5 — антенный модуль; 6 — магнитометр с механизмом развертывания; 7 — GPS/ГЛОНАСС антенны; 8 — радиоантенна; 9 — маховик; 10 — электронная платформа; 11 — датчик координат Солнца
18 апреля 2017 года украинский кубсат был доставлен к МКС на борту ракеты Atlas 5, откуда впоследствии вместе с 26 другими наноспутниками программы QB50 был выведен на рабочую орбиту.
Третьим и на сегодня последним спутником серии стал PolyITAN-HP-30. Космический аппарат продолжил свой путь по совершенствованию технологий, которые были внедрены в двух предыдущих кубсатах. PolyITAN-HP-30 был выведен на орбиту 3 января 2023 года во время миссии SpaceX по доставке коммерческой полезной нагрузки на орбиту Transporter-6. Забегая вперед, скажем, что кубсат был не единственным украинским спутником, который разместился в отсеках полезной нагрузки Falcon 9.
По состоянию на сейчас все три украинских кубсата серии PolyITAN продолжают функционировать на орбите. В 2021 году PolyITAN-1 стал наиболее устойчивым украинским кубсатом среди других 33, выведенных на орбиту вместе с ним. Спроектированный для работы в течение всего одного года, сегодня PolyITAN-1 уже превысил свой эксплуатационный срок в девять раз — он остался единственным активным спутником на орбите среди своего этапа конкурса QB50.
Планы на будущее: семь спутников на орбите до 2025 года
Украина старается наращивать свои темпы в разработке и развертывании отечественных спутников. В планах новой космической программы ГКАУ на 2021-2025 годы — вывод на орбиту семи украинских спутников (включая уже запущенный «Січ-2-30»).
По словам председателя ГКАУ Владимира Тафтая, все семь запланированных спутников будут использоваться для дистанционного зондирования поверхности Земли. Мониторинговые спутники должны были стать для Украины очень ценным ресурсом для обеспечения целей национальной безопасности и обороны, однако полномасштабное российское вторжение помешало этим планам воплотиться в жизнь.
В условиях нехватки времени Украина была вынуждена прибегнуть к услугам уже активных спутников, чтобы получить собственные «глаза» на орбите. Лучшим кандидатом на эту роль стал финский мониторинговый спутник с синтезированной апертурой (SAR-спутник) ICEYE, который был арендован на год (с последующей возможностью пролонгации).
Откровенно говоря, война вряд ли позволит ГКАУ воплотить свои планы по запуску еще шести спутников на орбиту до конца 2025 года. В ситуации критической бюджетной перегрузки, вызванной войной, спутниковая инициатива ГКАУ пока поставлена на паузу. В сложных условиях развития национальной космической отрасли настоящей надеждой на восстановление имиджа Украины как космической державы стал частный аэрокосмический сектор, который продолжает воплощать в жизнь свои прорывные проекты.
Частные предложения на рынке спутникового мониторинга
Наряду с государственной инициативой разместить на орбите группировку из семи украинских мониторинговых спутников до 2025 года похожие планы выдвинула и частная компания с украинскими корнями — EOS Data Analytics. Компания является частью масштабной вертикально интегрированной группы Noosphere, созданной украинским бизнесменом Максом Поляковым. На сегодняшний день компании Noosphere занимаются многими направлениями, связанными с внедрением космических технологий, самым масштабным из которых остается именно спутниковая отрасль.
Днепровская компания SETS (Space Electric Thruster Systems) разрабатывает компактные спутниковые двигатели Холла, которые в качестве движущей силы используют электрический удельный импульс. Электрический двигатель SPS-25 имеет и EOS SAT-1, первый мониторинговый спутник от EOSDA, предназначенный для ведения точного земледелия — метода оценки состояния посевных участков с орбиты.
Несомненно, мониторинговые спутники были и раньше способны проводить спектральный мониторинг земной поверхности, однако именно EOSDA первой сделала ставку на внедрение коммерческих сервисов, связанных с этой деятельностью. Компания предлагает своим клиентам спутниковую съемку посевных участков с орбиты в 11 различных диапазонах сканирования (следующие спутники созвездия повысят эту цифру до 13), с дальнейшим анализом полученных данных с помощью технологий искусственного интеллекта.
В планах компании — создание на орбите созвездия из семи мониторинговых спутников, которые по коммерческому заказу будут способны вести наблюдение за 99% посевных участков 20 наиболее развитых аграрных стран мира. Общая площадь суточного охвата земельных участков после развертывания всех спутников созвездия составит более 12 млн км2.
Успех EOS SAT-1 доказал, что украинские спутниковые предприятия могут поставлять на рынок космические аппараты высокого качества и выполнять весь перечень необходимых работ по их обслуживанию. Именно EOS Data Analytics стала показательным примером первой украинской компании в области спутникового мониторинга, которой удалось это сделать.
Во времена независимости спутникостроительная отрасль Украины претерпела ряд болезненных испытаний, но несмотря на все, сумела оправиться от них. Привлечение иностранных подрядчиков, с одной стороны, и регулярные переносы сроков, которыми «болела» космическая отрасль Украины — с другой, слишком часто отталкивали зарубежных партнеров от Украины. Несмотря на большой потенциал, украинские спутники не стали доминирующими на рынке. Только последнее десятилетие покажет, что частный капитал все же способен изменить эту пагубную тенденцию, и на территории страны (и за ее пределами) могут эффективно функционировать передовые предприятия космической отрасли. Сейчас на их базе выращивается новое поколение специалистов, а привлечение сторонних инвестиций дает украинской спутникостроительной отрасли основания надеяться, что однажды она станет по-настоящему конкурентоспособной на мировом рынке.
