Способов изменить ориентацию космического аппарата в пространстве не так много, все они хорошо известны в отрасли и давно проверены практикой. А учитывая особенности движения в космосе, кажется, что изобрести что-то новое для выполнения этой задачи практически невозможно. Тем не менее в ближайшие годы на околоземной орбите появится спутник с ранее невиданным механизмом точной ориентации: он будет буквально махать своими солнечными панелями, чтобы повернуться.
Разрабатываемая Samara Aerospace спутниковая платформа Hummingbird. На изображении выделены шарниры с пьезоэлектрическими актуаторами, позволяющие сегментам солнечных панелей вибрировать, словно быстро машущие крылья колибри / © Samara Aerospace
На Земле, чтобы изменить свое положение в пространстве, можно оттолкнуться. От чего угодно: поверхности, на которой стоишь, стены рядом, а в случае летательного аппарата — от воздуха. Но в космосе это сделать затруднительно.
На околоземной орбите легким спутникам доступна ориентация по линиям магнитного поля — удобный и энергетически «дешевый» способ. Еще можно сделать аппарат продолговатым, тогда гравитационное поле Земли всегда будет поворачивать его более тяжелым концом ближе к планете.
На низких орбитах доступна аэродинамическая стабилизация за счет пусть и очень разреженной, но все еще ощутимой атмосферы. На более высоких и в открытом космосе можно использовать давление солнечного света и ветра. Это, пожалуй, все возможности для космических аппаратов «отталкиваться» от чего-либо, кроме самих себя, для изменения своей ориентации. Чтобы поворачиваться точнее, быстрее и более контролируемо, требуются сложные устройства: например, двигатели-маховики, а также жидкостные, газовые или электрические реактивные двигатели.
Как правило, на космических аппаратах используются комбинации всех перечисленных методов в различных исполнениях. Но чего-то принципиально нового для систем ориентации в космонавтике не применяли с момента ее зарождения полвека назад. Тем удивительнее быстрый рост ранее неизвестного американского стартапа Samara Aerospace.
Пусть носителей русского языка не смущает название — оно не имеет никакого отношения ни к географии России, ни к ближневосточным или южноазиатским именам. Слово 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.
Если такие колебания выполняются с большой частотой, они превращают весь космический аппарат в единый двигатель маховик. Потому что вибрация — это быстрое перемещение объекта на очень небольшое расстояние. Таким образом солнечные панели становятся той самой сохраняющей момент импульса массой, от которой и отталкивается аппарат для изменения ориентации.
Что еще любопытно, по заявлениям Samara Aerospace, вибрация не должна помешать работе высокоточных систем спутника. Даже наоборот — такие актуаторы способны компенсировать паразитные вибрации от других источников.
Технология называется Multifunctional Structures for Attitude Control (MSAC) — «многофункциональные структуры для управления ориентацией». Стартап уже продемонстрировал работу 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.
После успеха с прототипом стартап сразу же привлек внимание государственных и частных инвесторов. В январе Национальный научный фонд США (NSF) выделил Samara Aerospace 275 тысяч долларов в качестве поддержки для создания летного прототипа. На те же 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.
Точные сроки реализации проекта не указаны, но темпы работы Samara Aerospace впечатляют. Путь от основания до демонстрации прототипа стартап прошел за два года.
Сейчас цель компании — не подвести инвесторов и запустить летный прототип. Только тогда Национальный научный фонд профинансирует дальнейшую доводку технологии до коммерческого воплощения — вторая фаза контракта обещает дополнительные полтора миллиона долларов. Деньги не фантастические по меркам аэрокосмической отрасли, но для начинающей компании существенные.
Комментарии
Внешняя простота иллюзорна, физика сложная получается. Осталось действительно добиться что бы вибрации гасили паразитные, а не сами становились проблемой
Может кто нибудь мне обьяснить как это работает? Куда девается энергия возврата в начальное положение?
Возможно я ещё недостаточно знаю физику...