Le piccole astronavi possono fare di più
Nonostante la rivalità delle principali potenze spaziali nello sviluppo di veicoli di lancio ad alta capacità, nel prossimo futuro si svilupperanno rapidamente veicoli spaziali piccoli e ultra-piccoli (SSC). Quali compiti risolveranno?
In condizioni di congestione nello spazio vicino alla Terra, la posta in gioco sulla piccola navicella potrebbe rivelarsi molto promettente. E non solo perché sono molte volte più economici dei motori multi-tonnellate e la loro efficienza non è da meno.
Mostri in orbita
Una delle direzioni più importanti nello sviluppo di piccoli sistemi di veicoli spaziali è il supporto informativo per le truppe. La Russia è stato il primo dei paesi a collocare l'attrezzatura appropriata a bordo di un'astronave ultra-piccola. Nel 1995, questa direzione è stata sostenuta e, come si suol dire, benedetta dal comandante delle forze spaziali militari (1989-1992), il colonnello generale Vladimir Ivanov. Per attuare il piano, un gruppo di giovani scienziati si è riunito sotto la guida del maggiore generale Vyacheslav Fateev.
Piccole astronavi possono essere create all'interno delle mura di un'università
Foto: bmstu.ru
Cosa ha a che fare la piccola navicella con il supporto informativo dei raggruppamenti di truppe di terra e la difesa aerospaziale? Il fatto è che ogni sistema spaziale tradizionale ha i suoi pro e i suoi contro. Dopotutto, non è senza motivo che lo sviluppo degli orbiter procedesse con un costante aumento di dimensioni e peso - ciò era richiesto dall'attrezzatura posizionata su di essi. Prendi i satelliti da ricognizione ottico-elettronici. La loro risoluzione è proporzionale al diametro della lente del telescopio di bordo. L'ottica, che dà risultati accettabili per la ricognizione, ha una massa da tre a cinque tonnellate. I satelliti dotati di tali apparecchiature producono buone immagini. Ma per ragioni economiche, vengono lanciati pochissimi veicoli spaziali di questo tipo e fisicamente non possono essere nel punto giusto dell'orbita per controllare la situazione in un'area scelta arbitrariamente. O dovrebbero esserci molti di questi satelliti da ricognizione, o dovrai accettare che il controllo dallo spazio su un particolare campo di battaglia è possibile al massimo due o tre volte al giorno. Inoltre, decifrare le immagini spaziali per il riconoscimento del bersaglio richiede, di norma, un grande investimento di tempo, inaccettabile in condizioni di guerra.
Anche l'intelligenza elettronica pone seri requisiti al veicolo portante: per aumentare la risoluzione, i ricevitori di bordo devono essere distribuiti il più possibile, ma c'è un limite: le dimensioni del satellite.
La ricognizione radar spaziale, basata sul cosiddetto principio di monolocalizzazione, ha le sue esigenze. Qui è necessaria più potenza dal sistema di alimentazione di bordo, che aumenta il carico. Inoltre, un tale sistema fornisce un solo angolo di osservazione ed è facile ingannarlo utilizzando falsi bersagli sotto forma dei più semplici riflettori angolari.
Spazio ai "ragazzi"!
Si scopre che con i metodi tradizionali di ricognizione spaziale una navicella spaziale non può essere piccola per definizione. Significa che è giunto il momento di adottare altri metodi. Al forum Army-2015, sono stati dedicati alla "tavola rotonda" "Piccola navicella spaziale: uno strumento per risolvere i problemi della difesa aerospaziale".
La prima area è l'esplorazione multispettrale. Secondo Vyacheslav Fateev, con un telescopio di diametro minimo, possiamo, come si suol dire, coprire il bersaglio e scattare una foto a bassa risoluzione. Ma se aggiungiamo a questo un ritratto multispettrale del bersaglio, usando il computer di bordo otterremo un'immagine di alta qualità in tempo reale. Un sistema di ricognizione ottica senza un grande telescopio risulta essere abbastanza compatto e la velocità di elaborazione del segnale con i mezzi moderni è elevata. Gli esperimenti effettuati hanno mostrato risultati promettenti, ma non sono ancora stati rivendicati dal ministero della Difesa. Ma negli Stati Uniti, su questo principio, è già stata creata la navicella spaziale per il supporto informativo del campo di battaglia TACSAT.
La seconda direzione è lo sviluppo dell'intelligenza elettronica. Con una distanza tra i satelliti di 10-50 chilometri, la risoluzione del sistema spaziale aumenta di centinaia di volte a causa dell'aumento della base di misurazione. I parametri del veicolo spaziale necessari per questi scopi sono stati calcolati. Pesa solo 100 chilogrammi. E un sistema di tre o quattro astronavi così piccole sarà in grado di fornire comunicazioni duplex sul campo di battaglia, monitorando veicoli, territorio, atmosfera … L'accuratezza della determinazione delle coordinate è di metri. Oggi, un tale sistema è molto richiesto dalle forze missilistiche e dall'artiglieria. Ma per ottenere un ordine, dobbiamo ancora una volta lavorare seriamente con il Ministero della Difesa.
Per quanto riguarda il radar, gli esperti hanno studiato la possibilità di illuminazione radio da parte di terzi del bersaglio o di irradiarlo da altri satelliti, come se fosse laterale. Che cosa fa?
"Un satellite dell'ammasso con un trasmettitore irradia la superficie terrestre e i bersagli, e i satelliti leggeri situati accanto ad esso (senza trasmettitori e potenti sistemi di alimentazione) ricevono un segnale di risposta", spiega Fateev, "e costruiscono immagini radio di questi obiettivi. Inoltre, nel cluster otteniamo non una, ma diverse immagini radio contemporaneamente, il che elimina la possibilità di interferenze e apre la possibilità di aprire bersagli mascherati ".
Gli scienziati hanno condotto un esperimento sull'illuminazione radio target utilizzando la navicella spaziale GLONASS. Il segnale era debole. Tuttavia, sette immagini radio del bersaglio osservato sono state sintetizzate con l'illuminazione di sette satelliti contemporaneamente. Questa è diventata una nuova direzione di lavoro. A giudicare dalle pubblicazioni sulla stampa estera, si interessarono all'esperimento all'estero. L'Agenzia spaziale europea intende ripeterlo. Ma qualunque cosa riescano, qui siamo stati i primi.
A guardia dei confini orbitali
Per il supporto informativo delle truppe, è importante risolvere non solo il problema dell'interconnessione operativa delle subunità nell'area di un conflitto militare, ma anche il problema della comunicazione operativa globale di raggruppamenti militari remoti (gruppi di navi militari, raggruppamenti di aviazione) con il comando militare centrale. Come mostra l'esperienza nazionale ed estera, tutti questi problemi sono relativamente semplici e stabili da risolvere con l'aiuto di raggruppamenti a bassa orbita di piccole comunicazioni di veicoli spaziali.
Un'altra importante area di supporto informativo per le truppe è il controllo globale del tempo nelle aree delle operazioni di combattimento e nelle aree di ridispiegamento delle truppe. Ciò rientra anche nelle competenze dei raggruppamenti dell'ACI. L'esperienza nostra ed estera lo ha dimostrato.
Un'altra direzione è il miglioramento del livello spaziale della regione del Kazakistan orientale. Qui, secondo Vyacheslav Fateev, la prima e più riuscita applicazione della piccola navicella spaziale è lo sviluppo del sistema di controllo spaziale (OMSS). Un certo numero di satelliti cross-field sono posti in orbita. La modellazione suggerisce che solo otto veicoli spaziali nella costellazione consentiranno di chiarire l'obiettivo di qualsiasi nuovo oggetto entro mezz'ora. Ora, nei sistemi optoelettronici e radar terrestri, questo richiede diverse ore.
Un altro vantaggio nella creazione di un tale livello spaziale è che non abbiamo strutture a terra che osserverebbero orbite con un'inclinazione inferiore a 30 gradi. Non sono disponibili per noi, ma questo sistema renderà il compito risolvibile.
È possibile ampliare lo scaglione spaziale della SKKP anche creando mezzi di ricognizione elettronica. Per fare ciò, i piccoli veicoli spaziali sono dotati di intercettori elettronici. Di conseguenza, diventa possibile osservare globalmente tutti i sistemi di comunicazione geostazionari che in precedenza non erano disponibili per il controllo.
Un altro problema che la difesa aerospaziale dovrà risolvere nel prossimo futuro è la lotta ai cosiddetti satelliti d'ispezione. Sappiamo che gli americani li stanno usando. Sono stati pubblicati i dati sulla creazione e il lancio in orbita geostazionaria di due piccoli satelliti del peso di circa 220 chilogrammi. L'obiettivo è controllare il funzionamento del loro veicolo spaziale geostazionario. Tuttavia, questi due veicoli in orbita si muovono in una direzione o nell'altra nell'area di copertura sia della nostra navicella spaziale americana che geostazionaria. È molto difficile individuarli dalla Terra, ma il nostro SKKP è stato in grado di farlo.
MCA potrebbe essere ancora più piccolo? Ci sono calcoli: con una dimensione di 0,4 metri, la magnitudine stellare dell'MCA sarà di circa M18. E se è ancora più piccolo, il satellite diventa indistinguibile dalla Terra ed è praticamente impossibile combattere con tale "invisibilità". Cosa fare?
"Una delle direzioni più importanti nello sviluppo di piccoli veicoli spaziali è l'ispezione dell'orbita geostazionaria", ritiene Fateev. - Se possiamo farlo, sarà un successo. Ma per questo abbiamo bisogno dei nostri satelliti di ispezione".
La successiva area più difficile sono i sistemi di rilevamento spaziale per velivoli ipersonici (GZVA). Questa è una delle armi più pericolose e gravi che vola a quote medie (da 20 a 40 km e anche oltre). Sembra, e non un satellite, ma nemmeno un aereo. Velocità - oltre Mach 5. Non tutte le stazioni radar sono in grado di rilevare. Eppure, il sistema di controllo spaziale russo, che ha una piccola navicella spaziale, sarà in grado di vedere tali veicoli ipersonici. Dal momento che si riscaldano fino a 1000 gradi e creano un campo di plasma intorno a loro, sono necessarie solo nove piccole astronavi per "coprire" la GZVA.
Infine, è necessario creare un gruppo per il controllo operativo della ionosfera, anche nella regione circumpolare. Questo è estremamente importante, specialmente quando si risolvono problemi di aumento della precisione di GLONASS. Gli errori nella determinazione delle coordinate sono ancora oggi significativi ed entro il 2020 devono essere significativamente ridotti. Ciò è necessario anche in relazione alla messa in servizio di strutture radar oltre l'orizzonte del sistema di difesa aerospaziale. Senza una profonda conoscenza delle proprietà della ionosfera, non saremo in grado di risolvere il problema di determinare con precisione le coordinate dei bersagli radar. Il compito è abbastanza risolvibile con l'aiuto di un raggruppamento di piccoli dispositivi di monitoraggio ionosferico.
Anche il problema del monitoraggio continuo delle radiazioni nello spazio vicino alla Terra non viene rimosso dall'agenda.
Strumento universale
Come possiamo vedere, per risolvere una serie di compiti, compresi quelli che devono affrontare le truppe, è necessario sviluppare un sistema di supporto informativo multi-satellite. Ciò non significa che ciascuno dei 10-12 sistemi discussi sopra richieda un raggruppamento separato. Sarà troppo costoso. Secondo Fateev, tutto questo può e deve essere combinato in un unico gruppo, la cui base è la comunicazione radio reciproca tra tutte le piccole navicelle spaziali più vicine che creano la rete. Tutti vedono un vicino sul canale delle onde millimetriche e trasmettono le sue informazioni attraverso di lui.
Allo stesso tempo, viene risolto il compito più importante: la creazione di un sistema globale per la trasmissione di informazioni tra qualsiasi consumatore terrestre e spaziale. Se ciò si ottiene, le informazioni da qualsiasi piccola navicella spaziale possono essere trasmesse al punto desiderato sulla Terra, che si tratti di segnali di controllo del combattimento da un comandante a un subordinato o di informazioni da altri veicoli. Inoltre, grazie alla presenza costante di uno o tre piccoli veicoli spaziali nella zona di visibilità del consumatore (comando militare centrale), le informazioni di intelligence vengono trasmesse in tempo reale da qualsiasi luogo.
Pertanto, un'unica costellazione universale multi-satellite risolve i problemi di fornitura di comunicazioni globali, ricognizione operativa completa del teatro delle operazioni e dello spazio vicino alla Terra, pieno controllo del campo gravitazionale terrestre (sfortunatamente, la Russia è ora rimasta senza sistemi geodetici orbitali) e tempo … militare, e per scopi pacifici. Inoltre, l'applicazione civile più interessante interesserà ciascuno di noi. Riguarda l'implementazione dell'idea dello "Spazio Internet". Alcuni paesi stanno già realizzando tali progetti. "Space Internet" nominerà la Russia tra i paesi più sviluppati dal punto di vista informativo.
"Resta da convincere il nostro cliente militare dell'efficacia del proposto sistema universale unico di piccoli veicoli spaziali a duplice uso", riassume Fateev. - Certo, ci sono problemi. È necessario sviluppare tecnologie dell'informazione e dello spazio completamente nuove. Inoltre, più piccola è la navicella spaziale, più breve è la sua vita orbitale. Pertanto, sarà necessario prevedere un aumento dell'altezza dell'orbita o una tempestiva sostituzione del piccolo veicolo spaziale. Inoltre, è necessaria una valutazione economica del sistema unificato che si sta creando per capire quanto sarà vantaggioso per lo Stato».
Chi formulerà il mandato?
Uno dei problemi, dicono gli esperti, è che il cliente, cioè il Ministero della Difesa, non ha esperienza nella creazione e nell'utilizzo. Il secondo ostacolo è la mancanza di requisiti tattici e tecnici per veicoli spaziali così piccoli. Finora, nessuno ha detto in modo chiaro e preciso quale dovrebbe essere il TK.
Naturalmente, ci sono istituzioni, istituti di ricerca e standard correlati. "Secondo la classificazione internazionale, gli MCA sono suddivisi in dispositivi da 500 a 100 chilogrammi, da 100 a 10 chilogrammi, da 10 a 1 chilogrammo, da un chilogrammo a 100 grammi", ricorda Vladimir Letunov, direttore generale dello sviluppo integrato di Tecnologie NCCI. - Anche le dimensioni dei dispositivi sono importanti. Gli oggetti con un diametro inferiore a 10 centimetri non vengono identificati tramite radiocomando, e possono essere visti attraverso l'ottica solo a determinate altezze".
C'è una comprensione che una singola piattaforma dovrebbe essere sviluppata per un veicolo spaziale così piccolo. Ma il piano non è stato ancora concretizzato. Le basi su cui è costruito il raggruppamento sono chiare, c'è un insieme di classificatori, restrizioni e componenti. Secondo Letunov, nel prossimo futuro, il 90 percento dei veicoli spaziali sarà di piccola classe, con il futuro alle spalle.
Vice capo progettista di NPO dal nome Lavochkin Nikolay Klimenko ha spiegato che la loro azienda ha svolto a lungo e intenzionalmente un lavoro sulla creazione di MCA e ha una base corrispondente. È stata creata la piattaforma spaziale modificata "Karat-200". Sulla sua base vengono offerte soluzioni scientifiche e tecniche applicate. Numerosi veicoli sperimentali sono già stati nello spazio. Esistono progetti di altri veicoli spaziali di questo tipo per risolvere problemi applicati nell'interesse dei militari. Tuttavia, il ministero della Difesa non ha ancora dato il via libera alla produzione.
I flaconi della polvere sono vuoti
La Russia ha un concetto per il lancio e l'utilizzo di piccoli veicoli spaziali? Ahimè … Sebbene per la prima volta sia stata avanzata una proposta per l'uso della piccola navicella spaziale, ripetiamo, dall'ex comandante delle forze spaziali militari, il colonnello generale Vladimir Ivanov. La sua idea era che i grandi satelliti fossero per i vertici, l'MCA per i raggruppamenti di truppe. È stato 20 anni fa, ma il concetto non è mai stato implementato. Come mai?
Erano necessari casi specifici. In particolare, è stata progettata una serie di piccoli apparati radar con il nome in codice "Condor". Non sono stati sviluppati. Ora solo uno di questi veicoli è in orbita. Perché non ha funzionato? Perché opporre navicelle grandi e piccole è controproducente e sbagliato. Dovrebbero completarsi a vicenda. In tempo di pace, sono necessari dispositivi ad alte prestazioni per formare i database di riferimento. MCA non risolve questo problema. E i grandi possono. In precedenza, in un periodo speciale, cioè prima della guerra, secondo i canoni esistenti, si prevedeva di costruire il gruppo orbitale a spese delle munizioni dei veicoli spaziali. Ma non esiste da molti anni, semplicemente non c'è nulla per ricostituire il gruppo orbitale. Tuttavia, dovrebbero esserci munizioni. Perché quando diventa necessario inserire i dati necessari nelle mappe delle rotte missilistiche, il ruolo principale non è più tanto la performance quanto la frequenza di osservazione. La crescita del raggruppamento presuppone non solo un aumento del numero degli apparati: 20-25-30… Nessuna economia può resistere a questo. Ciò significa che la quantità deve essere calcolata con precisione. Un periodo di osservazione di due o tre ore si adatta al dipartimento militare.
È necessario semplificare il più possibile il design, ridurre il costo dei prodotti, utilizzando le offerte commerciali per questo. Come mostra l'esperienza dei conflitti locali, la loro durata va da una settimana a un anno. Ciò significa che il periodo di esistenza attiva dell'MCA deve essere commisurato. La cosa principale è prevenire una situazione in cui la disponibilità al lancio sarà assicurata solo alla fine delle ostilità.
Ma ciò richiede lo sviluppo di un concetto appropriato. Il periodo di preparazione per il lancio di tali dispositivi dalla ricezione del comando è di una settimana. Secondo gli sviluppatori, sarebbe opportuno:
- creare un concetto di sviluppo operativo delle capacità della costellazione orbitale in un periodo speciale mantenendo i requisiti di carico utile per questo standard (dovrebbero essere applicabili sia a veicoli spaziali grandi che piccoli);
- sviluppare requisiti unificati per la tecnologia di produzione di veicoli spaziali, che assicureranno il loro rilascio accelerato;
- creare piattaforme spaziali unificate con architettura modulare e interfacce automatizzate per l'integrazione accelerata nei sistemi spaziali (in modo che tutti gli sviluppatori abbiano un'idea chiara di come e da cosa realizzeremo il dispositivo);
- introdurre interfacce russe che assicureranno il funzionamento delle piattaforme spaziali in varie condizioni.
Infine, sarebbe giusto riunire una comunità di esperti, compresi i rappresentanti del complesso dell'industria della difesa e gli organi ordinatori, al fine di decidere sull'uso di un tale raggruppamento congiunto multiuso di veicoli spaziali in un periodo di tempo speciale.
Fino a quando gli approcci di cui sopra non saranno implementati, non apparirà nulla di nuovo nelle orbite spaziali della Russia.
