Космічна промисловість, розташована на території УССР, відігравала значну роль у розробці та побудові штучних супутників Землі. Харківські заводи “Комунар” і “Моноліт”, київський “Арсенал” та Євпаторійський космічний центр доклали своїх зусиль для запуску першого супутника на орбіту 1957 року, а в цехах ОКБ-586 (сьогодні — КБ “Південне”) була започаткована лінійка дніпровських супутників (ДС), ще відомих як “Космос” та “Інтеркосмос” (модифікація для експорту).
Від набуття незалежності Україна зберегла курс на проєктування та розробку власних супутників, проте стикається з низкою перешкод на своєму шляху. Переважно вони пов’язані з браком замовлень та застарілою промислово-технічною базою, яка так і не зазнала суттєвих змін з часів СССР.
Утім, новітні підходи, які наразі демонструє приватний аерокосмічний сектор, позитивно впливають на ситуацію, а супутники української розробки — як державної, так і приватної — знову успішно досягають орбіти.
Перші моніторингові супутники: легендарна серія “Січ”
Після розпаду СРСР Україна виявилася однією з найбільш розвинутих в аграрному плані країн з усіх пострадянських республік. Цей факт призвів до зародження ідеї використовувати супутникові технології для спостереження за станом земельних ділянок з орбіти. Задум був простим: вивести на орбіту Землі оптичний супутник (по суті, великий телескоп, направлений на нашу планету), роздільної здатності якого вистачатиме для збору актуальних даних щодо стану рослинності, ґрунту, внутрішніх водойм, а також для спостереження за іншими фізико-геологічними структурами.
Так виникла концепція супутника “Січ” виробництва Південного машинобудівного заводу імені О. М. Макарова. Першою ластівкою став “Січ-1” вагою 1915 кг, який дістався орбіти 31 серпня 1995 року на борту триступеневої ракети-носія “Циклон-3”.
Окрім моніторингової, іще однією функцією “Січ-1” була науково-дослідницька. Супутник досліджував іоносферу і магнітосферу Землі та міг аналізувати рівень космічної плазми. Апарат перевершив свій заявлений п’ятирічний експлуатаційний термін і працював аж до 2001 року, надаючи Україні актуальну інформацію, передусім щодо стану власних територій.
Наступним супутником серії став “Січ-1М”, виведений на орбіту 24 грудня 2004 року на ракеті “Циклон-3” з території російського космодрому “Плесецьк”. Багато в чому космічний апарат був подібний до свого попередника. Звісно, були і значні відмінності, наприклад, оптична камера “Січ-1М” мала вищу роздільну здатність, яка становила 24 м на піксель. Суттєво збільшилася й ширина смуги супутникового бічного сканера — вона зросла з 450 км до 700 км.
Супутник ніс набагато більше корисного навантаження із наукових пристроїв, що дозволило йому збирати дані не лише в оптичному, але й у інфрачервоному та мікрохвильовому діапазонах. Відтак це вплинуло на його загальну масу — вона збільшилася на 308 кг (порівняно з “Січ-1”) та склала 2223 кг.
“Січ-1М” недарма набрав “надмірну вагу”, адже ці кілограми аж ніяк не стали зайвими. Зокрема, супутник мав низку таких цікавих приладів:
- МСУ-ЕУ — комплекс з оптичною камерою для відеоспостереження.
- РФА — комплекс радіофізичної апаратури для отримання даних у мікрохвильовому діапазоні.
- МТВЗА-ОК — гібридний сканер, здатний приймати дані відразу в трьох діапазонах: оптичному, мікрохвильовому й інфрачервоному. Пристрій добре зарекомендував себе у вивченні клімату, атмосфери та зондуванні верхніх шарів водних поверхонь.
- РТВК-М — оптичний комплекс, який призначався для метеорологічних цілей та дослідження зміни клімату.
Основна функція супутника, як і раніше, була моніторинговою — “Січ-1М” був орієнтований на дослідження вод світового океану, льодовиків, рослинності та клімату. Окремим завданням супутника стало проведення експерименту “Варіант” з вивчення виникнення сейсмічної активності на Землі. За період своєї діяльності, який тривав з 24 грудня 2004 року до 15 квітня 2006-го, апарат здійснив комплексні експерименти сумісно з супутниками National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA), а також з французьким моніторинговим метеорологічним супутником Demeter.
Друга генерація супутників “Січ” з’явилася за п’ять років після закінчення активної фази використання “Січ-1М”. 17 серпня 2011 року на ракеті “Дніпро” у космос вирушив третій супутник серії — “Січ-2”.
Найбільш значущою відмінністю нового супутника став комплекс наукової апаратури “Потенціал”, за допомогою якого проводилися ретельні дослідження космічної плазми, електричного і магнітного поля Землі у верхніх шарах атмосфери. На жаль, орбітальна подорож “Січ-2” була короткотривалою. Внаслідок аномалії в системі енергоживлення космічного апарата зв’язок із ним обірвався 12 грудня 2012 року.
Останньою в серії стала наступна модифікація, приурочена до 30-ї річниці незалежності України. Звідси й назва нового супутника — “Січ-2-30”.
Конструктивно четверта версія “Січ” була дуже схожа на єгипетський супутник EgyptSat-1, тендер на розробку якого КБ “Південне” виграло ще у далекому 2001 році. Розробка “Січ-2-30” стартувала 2015-го і тривала чотири роки. Загальна вартість проєкту становила $245 млн.
Як і його попередників, “Січ-2-30” оснастили оптичною камерою, яка дозволяла робити знімки земної поверхні в роздільній здатності 7,8 м на піксель. Слід зауважити, що для 2021 року подібна роздільна здатність була надто малою, щоб застосовувати супутник з метою військової розвідки, проте він усе ще добре підходив для інших завдань з моніторингу поверхні Землі.
Аби заповнити цю прогалину, Державне космічне агентство України (ДКАУ) вирішило використовувати “Січ-2-30” для первинного моніторингу, фотографуючи зони інтересу і за необхідності купуючи знімки більш високої роздільної здатності (до 0,5 м на піксель) у інших операторів на міжнародному ринку. Доволі спірне рішення все одно не дозволило розкрити потенціал супутника для виконання завдань з національної безпеки і розвідки. На превеликий жаль, “Січ-2-30” так і залишився проміжною ланкою, яка радше сповільнювала роботу розвідки, аніж прискорювала її.
Утім, низька роздільна здатність оптичних камер “Січ-2-30” не була основною проблемою супутника. Після запуску космічного апарата 13 січня 2022 року ДКАУ не вдалося встановити стійкий зв’язок із ним. Через це “Січ-2-30” не зміг отримати від операторів команди щодо просторової орієнтації та навігації орбітального руху. Ця невдача спричинила порушення в роботі системи енергозабезпечення супутника — його сонячні панелі були направлені в бік Землі та приймали лише відбите від поверхні планети сонячне світло. Зрідка пряме випромінювання Сонця потрапляло на сонячні панелі супутника, проте кут падіння був занадто гострим для того, щоб налагодити його стабільну роботу.
“Січ-2-30” донині перебуває в статусі обмеженого режиму функціонування, тож його складно віднести до активу України. Однак у деяких аспектах супутник все ж таки був першим. Так, “Січ-2-30” став першим прикладом співпраці ДКАУ зі SpaceX. За $2 млн (що було найвигіднішою пропозицією з усіх можливих на ринку) космічний апарат вивела на орбіту ракета Falcon 9. “Січ-2-30” був також інтегрований в мережу європейських моніторингових супутників програми Copernicus, що надавало йому можливість обмінюватися даними з європейськими супутниками-спостерігачами.
Історія моніторингових супутників “Січ” зазнала часів злетів і падіння. Космічні апарати стали першою успішною реалізацією супутників для цілей дистанційного зондування земної поверхні та підтвердили можливості України розвиватися на цьому напрямку. Перший вдалий досвід з моніторинговими супутниками переконав український космічний сектор у власній спроможності розробляти штучні космічні апарати і для інших цілей. І вибуховий розвиток телекомунікаційних супутникових технологій на початку нового тисячоліття сформулював бачення наступного космічного проєкту.
Телекомунікаційні супутники: вкрадений “Либідь”
Справжнього грабунку зазнав проєкт першого українського телекомунікаційного супутника, який Державне космічне агентство України планувало запустити на геостаціонарну орбіту Землі. За задумом розробників, супутник, який отримав назву “Либідь”, мав бути оснащений 24 транспондерами (20 активних і чотири пасивних) потужністю від 100 до 110 Вт, які дозволяли б вести радіомовлення у Ku-діапазоні частот.
“Либідь” мав стати фундаментом у створенні Національної системи супутникового мовлення України: надавати послуги власного регіонального радіо- та телемовлення, телефонії і супутникового інтернету. Попри спрямування на національний ринок, апаратний потенціал дозволяв забезпечувати закордонне супутникове мовлення. Зокрема, його планувалося використовувати для телемовлення та надання швидкого доступу у інтернет для регіонів Близького Сходу, Азії, а також Східної Європи. Україна впритул наблизилася до того, щоб заснувати власну телекомунікаційну мережу та стати провідним провайдером супутникових телекомунікаційних послуг у регіонах, де на них дійсно був великий попит.
Основним підрядником для будівництва космічного апарата було обрано канадську компанію MacDonald Dettwiler and Associates (MDA). Компанія розробляла телекомунікаційне обладнання та іншу апаратуру зв’язку, яку мали встановити на “Либідь”. Своє місце в проєкті отримали і росіяни — підприємство “Інформаційні супутникові системи” (ІСС) імені академіка М. Ф. Решетнева (м. Желєзногорськ), яке розробило близько 65% усіх сучасних російських супутників, було обрано співпідрядником у проєкті. ІСС мало спроєктувати конструкцію модуля корисного навантаження, а також супутникову шину — платформу, на якій його мали встановити.
Як бачимо, українським супутник “Либідь” можна було називати доволі умовно. Суто українською в проєкті була тільки ракета-носій “Зеніт-3SLБ” (пізніше було замінено на “Зеніт-3SLВФ”), якій належало доставити “Либідь” на орбіту. Саме канадсько-російська розробка пізніше й зіграла з цим супутником злий жарт.
Вартість проєкту “Либідь” (супутника та наземної інфраструктури для прийому сигналу) спочатку була оцінена у понад $254,6 млн. Це були величезні гроші для ДКАУ, тож задля реалізації проєкту Україна взяла десятирічний кредит на $290 млн у Експортного агентства Канади (EDC). Систематичні перенесення строків запуску супутника прогнозовано призвели до збільшення цієї суми, довівши її до $300 млн станом на початок 2020 року.
Та гроші були не єдиною проблемою проєкту. Французька телекомунікаційна компанія Eutelsat виступила з нотою протесту проти робочої орбітальної позиції супутника, який планувалося розташувати на 38,2° східної довготи. Eutelsat висловила занепокоєння, що перебування космічного апарата у цій орбітальній площині призведе до конфлікту “Либідь” з французькими телекомунікаційними супутниками, які вже розмістились в орбітальній позиції на 36° східної довготи. Компанія запропонувала українцям змінити робоче положення супутника, натомість надавши ДКАУ доступ до одного зі своїх супутників-ретрансляторів.
Спочатку “Либідь” хотіли запустити на орбіту у 2011 році з території казахстанського космодрому “Байконур”. Для запуску планували використати ракету-носій українського виробництва — “Зеніт-3SLБ”. Ракета була модифікацією української “Зеніт-3SL”, яка на той момент запускалася з плавучої платформи для запусків Sea Launch. Але час минав, а модифікація “Зеніту” так і не з’явилася.
2014 року ще недобудований супутник перебазували до російського міста Желєзногорськ, де свою частину робіт мав виконати співпідрядник проєкту — компанія ІСС. Проте терміни виконання цих робіт постійно затягували (з огляду на те, що з 2014 року Росія розпочала гібридну агресію проти України, можна дійти висновку, що російська сторона вчиняла так навмисно).
Перший крок, який призвів до занепаду проєкту “Либідь”, зробила канадська MDA. 7 вересня головний підрядник в односторонньому порядку вийшов з проєкту, не пояснюючи причин широкому загалу. ДКАУ вдалося до низки спроб повернути канадців до розробки, втім, усі вони виявилися марними.
На той момент прототип супутника перебував у стінах російського підприємства ІСС. Росіяни вдало для себе скористалися затримками та виходом з проєкту основного постачальника телекомунікаційного обладнання: супутник залишається в Желєзногорську й донині, фактично викрадений російським підприємством.
Низка непорозумінь та в’яла зацікавленість в розробці проєкту його основних учасників надали росіянам шанс скористатися улюбленою тактикою: “Загарбай у сусіда те, що він не в змозі захистити”
До сьогодні між двома країнами триває судова тяганина за повернення супутника “Либідь” до України. ДКАУ вимагає від міжнародного арбітражного суду повернення космічного апарата Україні або ж стягнення з Росії повної суми, витраченої нашою країною на його розробку. Теоретично, сподівання на відновлення справедливості в історії з викраденням “Либідь” усе ще існують, проте країна-агресор уже не раз демонстративно нехтувала нормами міжнародного права, тож марно сподіватися, що досвід “Либідь” суттєво відрізнятиметься від сталої практики.
Формально, допоки судовий позов не завершено, проєкт супутника “Либідь” дотепер перебуває у статусі розробки. На заміну викраденому супутнику Україна вирішила розробити новий. За задумом, “Либідь-М” стане суто українською розробкою, а його виготовленням займатимуться КБ “Південне” та Південний машинобудівний завод. Однак інформація щодо статусу розробки нового супутника наразі не афішується.
Кубсати PolyITAN: коли розмір має значення
Цікаві напрацювання були реалізовані Україною в серії з трьох мініатюрних супутників PolyITAN, виведених на орбіту в період з 2014 до 2023 року. PolyITAN став першим українським наносупутником у форматі CubeSat. Розмір таких космічних апаратів не перевищує 10 см3, а вага — 1,3 кг. Кубсати задали новий тренд у супутникових технологіях та добре зарекомендували себе в сфері супутників цільового призначення і експериментальних лабораторій з дослідження космічного простору.
Найбільшу популярність кубсати набули саме в останнє десятиліття, багато в чому завдяки посиленню зацікавленості малою навколоземною орбітою (LEO). Робоча висота PolyITAN-1 склала від 650 до 710 км. Мініатюрні супутники були дешевшими та простішими у конструюванні (порівняно з велетнями вагою кілька тонн, які домінували в супутниковій галузі всю другу половину ХХ сторіччя).
Україна доволі рано розгледіла тенденцію до зменшення габаритів супутників. Активна розробка першої моделі PolyITAN-1 розпочалася в стінах Київського політехнічного інституту імені Ігоря Сікорського (Національний технічний інститут України) 2009 року. PolyITAN-1 став частиною міжнародної програми з дослідження змін клімату серед університетів — QB50, а в розробці космічного апарата брали участь молодші наукові співробітники, студенти та інженери КПІ.
Основним призначенням PolyITAN-1 стало вивчення впливу космічного середовища на супутникові системи та електроніку. Він також мав продемонструвати спроможність українських фахівців виконувати роботи в ракетно-космічній галузі і допомогти зростити кваліфіковані кадри у цій сфері. Його було запущено 19 червня 2014 року на борту української ракети-носія “Дніпро” разом з іще 32 супутниками з 17 країн світу, які брали участь у програмі QB50.
Успіх PolyITAN-1 надихнув фахівців з київського КПІ продовжувати роботу в галузі будівництва нових моделей кубсатів. Новий супутник, який отримав назву PolyITAN-2-SAU, як і його попередник, був частиною наступного етапу університетської програми QB50. Цього разу головною метою PolyITAN-2-SAU було дослідження термосфери Землі. За допомогою встановлених на борту датчиків кубсат вимірював концентрацію атомарного кисню у верхніх шарах земної атмосфери. Наносупутник дещо побільшав у розмірах (10×10×20 см), а також додав ваги — тепер маса космічного апарата становила 1,9 кг. За живлення ключових систем PolyITAN-2 відповідали чотири сонячні батареї, які складалися з 16 арсенід-галієвих фотоелектричних перетворювачів.
1 — корисне навантаження (FIPEX); 2 — сонячні батареї; 3 — несучі елементи конструкції; 4 — сотопанелі; 5 — антенний модуль; 6 — магнітометр з механізмом розгортання; 7 — GPS/ГЛОНАСС антени; 8 — радіоантена; 9 — маховик; 10 — електронна платформа; 11 — датчик координат Сонця
18 квітня 2017 року український кубсат прибув на МКС на борту ракети Atlas 5, звідки згодом його разом з 26 іншими наносупутниками програми QB50 було виведено на робочу орбіту.
Третім і на сьогодні останнім супутником серії став PolyITAN-HP-30. Космічний апарат продовжив свій шлях із вдосконалення технологій, які були впроваджені у двох попередніх кубсатах. PolyITAN-HP-30 було виведено на орбіту 3 січня 2023 року під час місії SpaceX з доставки комерційного корисного навантаження на орбіту Transporter-6. Забігаючи наперед, скажемо, що кубсат був не єдиним українським супутником, який розмістився у відсіках корисного навантаження Falcon 9.
Станом на зараз усі три українські кубсати серії PolyITAN продовжують функціонувати на орбіті. У 2021 році PolyITAN-1 став найбільш стійким українським кубсатом серед інших 33, виведених на орбіту разом із ним. Спроєктований для роботи впродовж усього одного року, сьогодні PolyITAN-1 уже перевищив свій експлуатаційний термін у дев’ять разів — він залишився єдиним активним супутником на орбіті серед свого етапу конкурсу QB50.
Плани на майбутнє: сім супутників на орбіті до 2025 року
Україна намагається нарощувати свої темпи у розробці та розгортанні вітчизняних супутників. В планах нової космічної програми ДКАУ на 2021-2025 роки — виведення на орбіту семи українських супутників (включно з уже запущеним “Січ-2-30”).
За словами глави ДКАУ Володимира Тафтая, усі сім запланованих супутників будуть використовуватися для дистанційного зондування поверхні Землі. Моніторингові супутники мали стати для України дуже цінним ресурсом для забезпечення цілей національної безпеки та оборони, проте повномасштабне російське вторгнення завадило цим планам втілитися у життя.
В умовах нестачі часу Україна була вимушена вдатися до послуг уже активних супутників, щоб отримати власні “очі” на орбіті. Найліпшим кандидатом на цю роль став фінський моніторинговий супутник із синтезованою апертурою (SAR-супутник) ICEYE, який було орендовано на рік (з подальшою можливістю пролонгації).
Відверто кажучи, війна навряд чи дозволить ДКАУ втілити свої плани щодо запуску ще шести супутників на орбіту до кінця 2025 року. У ситуації критичного бюджетного перевантаження, спричиненого війною, супутникова ініціатива ДКАУ поки що поставлена на паузу. В складних умовах розвитку національної космічної галузі справжньою надією на відновлення іміджу України як космічної держави став приватний аерокосмічний сектор, який продовжує втілювати у життя свої проривні проєкти.
Приватні пропозиції на ринку супутникового моніторингу
Разом із державною ініціативою розмістити на орбіті угруповання з семи українських моніторингових супутників до 2025 року схожі плани висунула й приватна компанія з українським корінням — EOS Data Analytics. Компанія є частиною масштабної вертикально інтегрованої групи Noosphere, створеної українським бізнесменом Максом Поляковим. Станом на сьогодні компанії Noosphere переймаються багатьма напрямками, пов’язаними із впровадженням космічних технологій, наймасштабнішим з яких залишається саме супутникова галузь.
Дніпровська компанія SETS (Space Electric Thruster Systems) займається розробкою компактних супутникових двигунів Голла, які в якості рушійної сили використовують електричний питомий імпульс. Електричний двигун SPS-25 має й EOS SAT-1, перший моніторинговий супутник від EOSDA, призначений для ведення точного землеробства — методу оцінки стану посівних ділянок з орбіти.
Поза сумнівом, моніторингові супутники були й раніше здатні проводити спектральний моніторинг земної поверхні, проте саме EOSDA першою зробила ставку на впровадження комерційних сервісів, пов’язаних з цією діяльністю. Компанія пропонує своїм клієнтам супутникову зйомку посівних ділянок з орбіти у 11 різноманітних діапазонах сканування (наступні супутники сузір’я підвищать цю цифру до 13), з подальшим аналізом отриманих даних за допомогою технологій штучного інтелекту.
Серед планів компанії — створення на орбіті сузір’я з семи моніторингових супутників, які за комерційним замовленням будуть здатні вести спостереження за 99% посівних ділянок 20 найбільш розвинених аграрних країн світу. Загальна площа добового охоплення земельних ділянок після розгортання всіх супутників сузір’я становитиме понад 12 млн км2.
Успіх EOS SAT-1 довів, що українські супутникові підприємства у змозі постачати на ринок космічні апарати високої якості та виконувати увесь перелік необхідних робіт з їхнього обслуговування. Саме EOS Data Analytics стала показовим прикладом першої української компанії в галузі супутникового моніторингу, якій вдалося це зробити.
За часів незалежності супутникобудівна галузь України зазнала низки болючих випробувань, та попри все зуміла оговтатися від них. Залучення іноземних підрядників, з одного боку, та регулярні перенесення строків, на які “хворіла” космічна галузь України — з іншого, надто часто відвертали закордонних партнерів від України. Попри великий потенціал, українські супутники не стали домінуючими на ринку. Лише останнє десятиріччя покаже, що приватний капітал все ж таки здатен змінити цю згубну тенденцію, і на території країни (та за її межами) можуть ефективно функціонувати передові підприємства космічної галузі. Наразі на їх базі вирощується нове покоління фахівців, а залучення сторонніх інвестицій дає українській супутникобудівній галузі підстави сподіватися, що одного разу вона стане по-справжньому конкурентоспроможною на світовому ринку.
