9 августа исполнится ровно год как наш первый спутник «Геоскан-Эдельвейс» отправился на орбиту с космодрома Байконур. К этой знаменательной дате нам удалось завершить программу летных испытаний и успешно протестировать двигатель для кубсатов в открытом космосе — впервые в истории нашей страны.
Газовая двигательная установка (ГДУ) на Геоскане-Эдельвейсе была разработана в ОКБ «Факел» при поддержке Фонда содействия инновациям специально для спутников CubeSat 3U, а плата управления создана специалистами нашей компании. В ходе испытаний требовалось проверить, может ли работать такой двигатель в условиях космического полета, и узнать, как его включения повлияют на орбиту космического аппарата. В будущем подобные ГДУ планируют использовать для коррекции орбиты и сведения с нее кубсатов после окончания срока службы — для утилизации отработавших спутников. Это позволит избежать появления нового космического мусора.
Первые тесты прошли еще в апреле-мае: мы проверили работу ресивера, пережгли клапан между ним и баллонами высокого давления, заправили его и провели пробные импульсы. В июле мы продолжили эксперименты. Теперь нужно было зафиксировать создаваемое двигателем ускорение с помощью акселерометра, установленного на космическом аппарате — прибор позволяет определить, какое приращение скорости обеспечивает двигатель.
Завершающие испытания начали в самый удобный для этого момент: во время сеанса связи. Спутник пролетал над Санкт-Петербургом по направлению к Северному полюсу. Двигатель при этом был направлен от Земли, так как из-за его конструктивных особенностей ось ГДУ не совпадает с главной осью спутника и при любом положении будет создаваться вращающий момент.
В ходе теста двигатель совершил восемь импульсов по четыре секунды с интервалом в минуту. Уже во время первого акселерометр зафиксировал изменение ускорения вдоль продольной оси космического аппарата: оно составило порядка 0,2 м/с, что можно определить по графику 1.
График 1. С пятой до девятой секунды — изменение ускорения вдоль главной оси спутника от первого импульса.
Поскольку продольная ось была направлена почти перпендикулярно орбитальной скорости, то ускорение оказалось очень небольшим. Датчики угловой скорости зафиксировали изменение вращения спутника после включения двигателя: на графике 2 можно заметить, что кубсат сильно закрутился относительно оси Х (фиолетовая линия).
График 2. Угловые скорости относительно основных осей МКА
Радиолюбители тоже смогли зафиксировать передвижения Геоскана-Эдельвейса. Во время одного из импульсов сигналы спутника ловили на станции сети SatNOGS в Германии. На «водопаде», частотно-временной диаграмме спектра сигнала, можно заметить, что доплеровское смещение, которое возникает при движении объекта к наблюдателю или от него, не совпадает с расчетным по TLE. Это обусловлено тем, что скорость спутника немного изменилась в процессе эксперимента.
«Водопад» приема сигнала на наземную станцию в сети SatNOGS: он строится так, чтобы сигнал от спутника был всегда по центру графика (красная линия). На этом наблюдении заметно, что сигнал немного смещается в сторону.
После тестовых импульсов спутник начал закручиваться, а ток на солнечных панелях — падать. Наши разработчики приняли решение завершить эксперимент, чтобы сохранить спутник в рабочем состоянии. Испытания прошли успешно: двигатель выполняет свою основную задачу и, по оценкам специалистов Геоскана, при наиболее эффективной модели маневра и выпуске всего запаса рабочего тела в баллонах (азот) изменение высоты круговой орбиты может составить до 12 км. Для этого необходимо произвести больше 30 импульсных включений ГДУ.
Геоскан-Эдельвейс может ориентироваться только по магнитному полю Земли: точность у такого выравнивания небольшая, поэтому даже точно выверенные моменты могут дать лишь приближенные данные. На будущих космических аппаратах нашей компании предусмотрена активная система ориентации — маховики собственной разработки «Геоскана». Также на двух МКА, которые мы создаем для компании «МГУ-Стандарт» и Президентского физико-математического лицея № 239, будет установлен плазменный двигатель VERA разработки Института ЛаПлаз МИФИ. А наш первый спутник, успешно завершив все летные испытания, продолжит передавать телеметрию и новые фотографии Земли радиолюбителям по всему миру.