Las naves espaciales pequeñas pueden hacer más
A pesar de la rivalidad de las principales potencias espaciales en el desarrollo de vehículos de lanzamiento de alta capacidad, en un futuro próximo se desarrollarán rápidamente naves espaciales pequeñas y ultrapequeñas (SSC). ¿Qué tareas resolverán?
En condiciones de congestión en el espacio cercano a la Tierra, la apuesta por la pequeña nave espacial puede resultar muy prometedora. Y no solo porque son varias veces más baratos que los motores de varias toneladas, y su eficiencia no es menor.
Monstruos en órbita
Una de las direcciones más importantes en el desarrollo de sistemas de naves espaciales pequeñas es el apoyo de información para las tropas. Rusia fue el primero de los países en colocar el equipo apropiado a bordo de una nave espacial ultrapequeña. En 1995, esta dirección fue apoyada y, como dicen, bendecida por el Comandante de las Fuerzas Militares Espaciales (1989-1992), Coronel General Vladimir Ivanov. Para implementar el plan, un grupo de científicos jóvenes se reunió bajo el liderazgo del general de división Vyacheslav Fateev.
Se pueden crear pequeñas naves espaciales dentro de las paredes de una universidad
Foto: bmstu.ru
¿Qué tiene que ver la pequeña nave espacial con el apoyo de información de las fuerzas terrestres y la defensa aeroespacial? El hecho es que cada sistema espacial tradicional tiene sus pros y sus contras. Después de todo, no es sin razón que el desarrollo de los orbitadores procedió con un aumento constante de tamaño y peso, esto fue requerido por el equipo que se les colocó. Tomemos por ejemplo los satélites de reconocimiento óptico-electrónicos. Su resolución es proporcional al diámetro de la lente del telescopio a bordo. La óptica, que da resultados aceptables para el reconocimiento, tiene una masa de tres a cinco toneladas. Los satélites equipados con tales equipos producen buenas imágenes. Pero por razones económicas, se lanzan muy pocas naves espaciales de este tipo, y físicamente no pueden estar en el punto correcto de la órbita para controlar la situación en un área elegida arbitrariamente. O debería haber muchos de estos satélites de reconocimiento, o tendrá que aceptar que el control desde el espacio en un campo de batalla en particular es posible, en el mejor de los casos, dos o tres veces al día. Además, descifrar imágenes espaciales para el reconocimiento de objetivos requiere, por regla general, una gran inversión de tiempo, lo que es inaceptable en condiciones de guerra.
La inteligencia electrónica también plantea serias exigencias al vehículo portador: para aumentar la resolución, los receptores a bordo deben extenderse lo más posible, pero hay un límite: las dimensiones del satélite.
El reconocimiento de radar espacial, basado en el llamado principio de monolocalización, tiene sus propios requisitos. Aquí, se necesita más energía del sistema de suministro de energía a bordo, lo que aumenta la carga. Además, dicho sistema proporciona solo un ángulo de observación y es fácil engañarlo utilizando objetivos falsos en forma de reflectores de esquina más simples.
¡Abran paso a los "niños"!
Resulta que con los métodos tradicionales de reconocimiento espacial, una nave espacial no puede ser pequeña por definición. Significa que ha llegado el momento de adoptar otros métodos. En el foro Army-2015, se dedicaron a la "mesa redonda" "Pequeñas naves espaciales: una herramienta para resolver problemas de defensa aeroespacial".
La primera área es la exploración multiespectral. Según Vyacheslav Fateev, con un telescopio con un diámetro mínimo, podemos, como dicen, cubrir el objetivo y tomar una fotografía con baja resolución. Pero si a esto le sumamos un retrato multiespectral del objetivo, utilizando la computadora de a bordo obtendremos una imagen de alta calidad en tiempo real. Un sistema de reconocimiento óptico sin un gran telescopio resulta ser bastante compacto y la velocidad de procesamiento de la señal por medios modernos es alta. Los experimentos realizados han arrojado resultados prometedores, pero aún no han sido reclamados por el Ministerio de Defensa. Pero en los EE. UU., Sobre este principio, ya se ha creado la nave espacial para el apoyo de información del campo de batalla TACSAT.
La segunda dirección es el desarrollo de la inteligencia electrónica. Con una distancia entre satélites de 10-50 kilómetros, la resolución del sistema espacial aumenta cientos de veces debido al aumento de la base de medición. Se han calculado los parámetros de la nave espacial necesarios para estos fines. Pesa solo 100 kilogramos. Y un sistema de tres o cuatro naves espaciales tan pequeñas podrá proporcionar comunicación dúplex en el campo de batalla, monitoreando vehículos, territorio, atmósfera … La precisión para determinar las coordenadas es de metros. Hoy en día, un sistema de este tipo tiene una gran demanda por parte de las fuerzas de misiles y la artillería. Pero para obtener una orden, nuevamente tenemos que trabajar seriamente con el Ministerio de Defensa.
Con respecto al radar, los expertos investigaron la posibilidad de que un tercero iluminara el objetivo por radio o lo irradiara desde otros satélites, como si lo hiciera desde un lado. ¿Qué hace?
"Un satélite del cúmulo con un transmisor irradia la superficie y los objetivos de la Tierra, y los satélites ligeros situados junto a él (sin transmisores ni potentes sistemas de suministro de energía) reciben una señal de respuesta", explica Fateev, "y crean imágenes de radio de estos objetivos. Además, en el grupo no obtenemos una, sino varias imágenes de radio a la vez, lo que elimina la posibilidad de interferencia y abre la posibilidad de abrir objetivos enmascarados ".
Los científicos realizaron un experimento sobre la iluminación de radio objetivo utilizando la nave espacial GLONASS. La señal era débil. Sin embargo, siete imágenes de radio del objetivo observado se sintetizaron con la iluminación de siete satélites a la vez. Esto se ha convertido en una nueva dirección de trabajo. A juzgar por las publicaciones en la prensa extranjera, se interesaron por el experimento en el extranjero. La Agencia Espacial Europea tiene la intención de repetirlo. Pero no importa lo que logren, aquí fuimos los primeros.
Protegiendo los límites orbitales
Para el apoyo informativo de las tropas, es importante resolver no solo el problema de la interconexión operativa de las subunidades en el área de un conflicto militar, sino también el problema de la comunicación operativa global de agrupaciones militares remotas (grupos de buques de guerra, agrupaciones de aviación) con el mando militar central. Como muestra la experiencia nacional y extranjera, todos estos problemas son relativamente simples y estables para ser resueltos con la ayuda de agrupaciones de comunicaciones de naves espaciales pequeñas en órbita baja.
Otra área importante de apoyo de información para las tropas es el control global del clima en áreas de operaciones de combate y áreas de redespliegue de tropas. Esto también está dentro del poder de las agrupaciones de ICA. Nuestra experiencia y la extranjera lo ha demostrado.
Otra dirección es la mejora del escalón espacial de la región de Kazajstán Oriental. Aquí, según Vyacheslav Fateev, la primera y más exitosa aplicación de la pequeña nave espacial es el desarrollo del sistema de control espacial (OMSS). Se colocan en órbita varios satélites de campo cruzado. El modelado sugiere que solo ocho naves espaciales en la constelación permitirán aclarar el objetivo de cualquier objeto nuevo en media hora. Ahora, en los sistemas optoelectrónicos y de radar terrestres, esto lleva varias horas.
Otra ventaja de crear tal escalón espacial es que no tenemos instalaciones terrestres que observarían órbitas con una inclinación de menos de 30 grados. No están disponibles para nosotros, pero este sistema hará que la tarea se pueda resolver.
Es posible expandir el escalón espacial del SKKP también mediante la creación de medios de reconocimiento electrónico. Para hacer esto, las pequeñas naves espaciales están equipadas con interceptores electrónicos. Como resultado, es posible observar globalmente todos los sistemas de comunicación geoestacionarios que anteriormente no estaban disponibles para su control.
Otro problema que la defensa aeroespacial tendrá que resolver en un futuro próximo es la lucha contra los llamados satélites de inspección. Sabemos que los estadounidenses los están usando. Se publicaron datos sobre la creación y el lanzamiento a la órbita geoestacionaria de dos pequeños satélites que pesan alrededor de 220 kilogramos. El objetivo es controlar el funcionamiento de su nave espacial geoestacionaria. Sin embargo, estos dos vehículos en órbita se mueven en una dirección o en la otra en el área de cobertura de nuestra nave espacial estadounidense y geoestacionaria. Es muy difícil detectarlos desde la Tierra, pero nuestro SKKP pudo hacerlo.
¿MCA podría ser aún más pequeño? Hay cálculos: con un tamaño de 0,4 metros, la magnitud estelar del MCA será aproximadamente M18. Y si es aún más pequeño, entonces el satélite se vuelve indistinguible de la Tierra, y es prácticamente imposible luchar con tal "invisibilidad". ¿Qué hacer?
“Una de las direcciones más importantes en el desarrollo de pequeñas naves espaciales es la inspección de la órbita geoestacionaria”, cree Fateev. - Si podemos hacerlo, será un éxito. Pero para esto necesitamos nuestros propios satélites de inspección.
La siguiente área más difícil son los sistemas de detección espacial para aviones hipersónicos (GZVA). Esta es una de las armas más peligrosas y serias que vuela a altitudes medias (de 20 a 40 km e incluso más). Parece, y no un satélite, pero tampoco un avión. Velocidades: más de Mach 5. No todas las estaciones de radar son capaces de detectar. Y, sin embargo, el sistema de control espacial ruso, que tiene una pequeña nave espacial, podrá ver tales vehículos hipersónicos. Dado que se calientan hasta 1000 grados y crean un campo de plasma a su alrededor, solo se requieren nueve pequeñas naves espaciales para "cubrir" el GZVA.
Finalmente, es necesario crear un grupo para el control operativo de la ionosfera, incluso en la región circumpolar. Esto es extremadamente importante, especialmente cuando se resuelven problemas para aumentar la precisión de GLONASS. Los errores en la determinación de las coordenadas siguen siendo importantes hoy en día, y para 2020 deben reducirse significativamente. Esto también es necesario en relación con la puesta en servicio de las instalaciones de radar sobre el horizonte del sistema de defensa aeroespacial. Sin un conocimiento profundo de las propiedades de la ionosfera, no podremos resolver el problema de determinar con precisión las coordenadas de los objetivos del radar. La tarea se puede resolver con la ayuda de un grupo de pequeños dispositivos de monitoreo ionosférico.
El problema de la vigilancia continua de la radiación en el espacio cercano a la Tierra tampoco se elimina de la agenda.
Herramienta universal
Como podemos ver, para resolver una variedad de tareas, incluidas las que enfrentan las tropas, es necesario desarrollar un sistema de apoyo de información multisatélite. Esto no significa que cada uno de los 10 a 12 sistemas discutidos anteriormente requiera una agrupación separada. Será demasiado caro. Según Fateev, todo esto puede y debe combinarse en un grupo, cuya base es la comunicación por radio mutua entre todas las naves espaciales pequeñas más cercanas que crean la red. Todo el mundo ve a un vecino en el canal de ondas milimétricas y transmite su información a través de él.
Al mismo tiempo, se está resolviendo la tarea más importante: la creación de un sistema global para transmitir información entre cualquier consumidor terrestre y espacial. Si esto se logra, entonces la información de cualquier nave espacial pequeña se puede transmitir al punto deseado en la Tierra, ya sean señales de control de combate de un comandante a un subordinado o inteligencia de otros vehículos. Además, debido a la presencia constante de una o tres pequeñas naves espaciales en la zona de visibilidad del consumidor (comando militar central), la información de inteligencia se transmite en tiempo real desde cualquier lugar.
Por lo tanto, una sola constelación universal de múltiples satélites resuelve los problemas de proporcionar comunicaciones globales, reconocimiento operativo integral del teatro de operaciones y espacio cercano a la Tierra, control total del campo gravitacional de la Tierra (desafortunadamente, Rusia ahora se queda sin sistemas geodésicos orbitales) y clima … militar, y con fines pacíficos. Además, la aplicación civil más interesante nos afectará a todos. Se trata de la implementación de la idea de "Internet espacial". Algunos países ya están construyendo proyectos de este tipo. "Space Internet" nominará a Rusia entre los países con mayor desarrollo de información.
“Queda por convencer a nuestro cliente militar de la eficacia del sistema único universal propuesto de naves espaciales pequeñas de doble uso”, resume Fateev. - Por supuesto que hay problemas. Es necesario desarrollar tecnologías espaciales y de la información completamente nuevas. Además, cuanto más pequeña es la nave espacial, más corta es su vida orbital. Por lo tanto, será necesario prever un aumento en la altura de la órbita o un reemplazo oportuno de la pequeña nave espacial. Además, es necesaria una evaluación económica del sistema unificado que se está creando para comprender cuán beneficioso será para el estado.
¿Quién formulará los términos de referencia?
Uno de los problemas, dicen los expertos, es que el cliente, es decir, el Ministerio de Defensa, no tiene experiencia en crearlos y utilizarlos. El segundo obstáculo es la falta de requisitos tácticos y técnicos para naves espaciales tan pequeñas. Hasta ahora, nadie ha dicho con claridad y precisión qué deberían ser los conocimientos tradicionales.
Por supuesto, existen instituciones relevantes, institutos de investigación y estándares interrelacionados. “De acuerdo con la clasificación internacional, los MCA se subdividen en dispositivos de 500 a 100 kilogramos, de 100 a 10 kilogramos, de 10 a 1 kilogramo, de un kilogramo a 100 gramos”, recuerda Vladimir Letunov, Director General de Desarrollo Integrado de Tecnologías NCCI. - El tamaño de los dispositivos también importa. Los objetos con un diámetro inferior a 10 centímetros no se identifican mediante radiocontrol y sólo pueden verse a través de la óptica a determinadas alturas.
Existe el entendimiento de que se debe desarrollar una plataforma única para naves espaciales tan pequeñas. Pero el plan aún no se ha concretado. Las bases sobre las que se construye la agrupación son claras, existe un conjunto de clasificadores, restricciones y componentes. Según Letunov, en el futuro previsible, el 90 por ciento de las naves espaciales serán de una clase pequeña, con el futuro detrás de ellas.
Diseñador en jefe adjunto de NPO que lleva el nombre de Lavochkin Nikolay Klimenko explicó que su empresa ha trabajado durante mucho tiempo y con determinación en la creación de MCA y tiene el trabajo de base correspondiente. Se creó la plataforma espacial modificada "Karat-200". Se ofrecen soluciones científicas y técnicas aplicadas sobre su base. Varios vehículos experimentales ya han estado en el espacio. Hay proyectos de otras naves espaciales de este tipo para resolver problemas aplicados en interés de los militares. Sin embargo, el Ministerio de Defensa aún no ha dado luz verde a la producción.
Los frascos de polvo están vacíos
¿Tiene Rusia un concepto para lanzar y utilizar pequeñas naves espaciales? Por desgracia … Aunque por primera vez se presentó una propuesta para el uso de la pequeña nave espacial, repetimos, por el ex comandante de las Fuerzas Espaciales Militares, el coronel general Vladimir Ivanov. Su idea era que los satélites grandes son para el liderazgo superior, el MCA es para agrupaciones de tropas. Fue hace 20 años, pero el concepto nunca se ha implementado. ¿Por qué?
Se requerían casos específicos. En particular, se planeó una serie de pequeños aparatos de radar con el nombre en clave "Condor". No se han desarrollado. Ahora solo uno de estos vehículos está en órbita. ¿Por qué no funcionó? Porque oponerse a naves espaciales grandes y pequeñas es contraproducente y erróneo. Deben complementarse entre sí. En tiempos de paz, se necesitan dispositivos de alto rendimiento para formar las bases de datos de referencia. MCA no resuelve este problema. Y los grandes pueden. Anteriormente, en un período especial, es decir, antes de la guerra, según los cánones existentes, se preveía construir el grupo orbital a expensas de las municiones de la nave espacial. Pero no existe desde hace muchos años, simplemente no hay nada para reponer el grupo orbital. Sin embargo, debería haber munición. Porque cuando se hace necesario introducir los datos necesarios en los mapas de ruta de los misiles, el papel principal ya no es tanto el rendimiento como la frecuencia de observación. El crecimiento de la agrupación presupone no solo un aumento en el número de aparatos: 20-25-30 … Ninguna economía puede soportar esto. Esto significa que la cantidad debe calcularse con precisión. Un período de observación de dos a tres horas se adaptará al departamento militar.
Es necesario simplificar al máximo el diseño, para reducir el costo de los productos, utilizando ofertas comerciales para ello. Como muestra la experiencia de los conflictos locales, su duración es de una semana a un año. Esto significa que el período de existencia activa de la MCA debe ser acorde. Lo principal es prevenir una situación en la que la preparación para el lanzamiento solo estará asegurada al final de las hostilidades.
Pero esto requiere el desarrollo de un concepto apropiado. El período de preparación para el lanzamiento de dichos dispositivos desde la recepción del comando es de una semana. En opinión de los desarrolladores, sería recomendable:
- crear un concepto de desarrollo operacional de las capacidades de la constelación orbital en un período especial mientras se mantienen los requisitos de carga útil para esta norma (deberían ser aplicables tanto a naves espaciales grandes como pequeñas);
- desarrollar requisitos unificados para la tecnología de fabricación de naves espaciales, lo que garantizará su lanzamiento acelerado;
- crear plataformas espaciales unificadas con arquitectura modular e interfaces automatizadas para una integración acelerada en los sistemas espaciales (para que todos los desarrolladores tengan una idea clara de cómo y de qué haremos el dispositivo);
- Introducir interfaces rusas que aseguren el funcionamiento de las plataformas espaciales en diversas condiciones.
Por último, sería correcto reunir una comunidad de expertos, incluidos representantes del complejo de la industria de defensa y órganos de ordenación, para decidir sobre el uso de una agrupación conjunta de naves espaciales de usos múltiples en un período de tiempo especial.
Hasta que se implementen los enfoques antes mencionados, no aparecerá nada nuevo en las órbitas espaciales de Rusia.
