РКС при участии Ростеха создают новую видеосистему сканирования земли с орбиты

Ученые холдинга «Российские космические системы» (РКС, входит в Госкорпорацию «Роскосмос») завершили создание нового поколения орбитальных сканирующих устройств для будущей группировки малых спутников дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). В основе технологии – использование в составе спутниковой аппаратуры наблюдения уникального материала, произведенного инженерами холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех – карбида кремния. Новая отечественная система, создаваемая в межотраслевой кооперации, позволит России вести непрерывную детальную фото- и видеосъемку событий на Земле в сверхвысоком разрешении.

Хороший объектив важен как обычному фотоаппарату, так и камере, установленной на космическом аппарате. Объектив фотоаппарата с качественными оптическими компонентами позволяет создавать красивые детальные снимки в разных, порой сложных условиях съемки. Очевидно, что от размера объектива, от его параметров, таких как фокусное расстояние, диаметр входного отверстия, светосилы, напрямую зависит расстояние съемки и детализация объекта съемки. Профессиональные телеобъективы весят несколько килограмм и могут быть длиной до метра. Телескопы, следящие за космическим пространством, достигают более значительных размеров. Примером такого телескопа служит Большой Канарский телескоп с диаметром основного зеркала в 10,4 метра и фокусным расстоянием 169,9 метра.

Объективы, которые применяются на Земле, существуют в облегченных режимах. На них не действуют перепады температуры в 50 градусов Цельсия в течение полутора часов, удары при выведении космического аппарата на орбиту, вибрация и другие воздействующие факторы. Вместе с тем, объектив космического аппарата должен иметь значительно меньшую массу и габариты. Для уменьшения массы и габаритов объективов для космических аппаратов применяются специфические конструкционные материалы, такие как карбид кремния.

Замгендиректора РКС по стратегическому развитию и инновациям Евгений НЕСТЕРОВ: «Как и во все времена, в трудных условиях выживают не самые сильные, а наиболее восприимчивые к переменам. Поэтому для создания и производства отечественной высокотехнологичной продукции космического назначения РКС формирует кросс-отраслевую кооперацию. Технологическая платформа холдинга сегодня выстраивается в тесной координации с генеральными технологами в таких сферах, как микроэлектроника, оптоэлектроника и фотоника, сверхвысокочастотная электроника, а также материаловедение – это главные опоры, четыре кита космического приборостроения».

Главный конструктор направления РКС Юрий ГЕКТИН: «Использование новейших технологий в сканирующей аппаратуре впервые в России позволит не только «фотографировать», но и проводить видеонаблюдение событий и процессов на земной поверхности. Например, когда один из малых спутников движется над конкретным регионом, он включает видеосъемку в момент пролета требуемой области. Когда удобная точка обзора начинает «закрываться», в это время в зону наблюдения уже входит другой космический аппарат и «перехватывает» задачу. Таким образом, мы сможем в онлайн-режиме следить за местными происшествиями, ходом строительства объектов, природными явлениями, промышленной, сельскохозяйственной деятельностью и многими другими процессами. И все будет видно в деталях».

Из карбида кремния производства Лыткаринского завода оптического стекла холдинга «Швабе» Госкорпорации Ростех сделаны корпус и элементы оптической схемы прибора – многозонального сканирующего устройства. Ранее для этих целей использовались сталь, алюминий или титан. Применение нового материала делает аппарат нечувствительным к перепадам температуры в космосе, значительно облегчает его вес и исключает даже временную деформацию внешней оболочки устройства под воздействием агрессивной окружающей среды.

Исполнительный директор Ростеха Олег ЕВТУШЕНКО: «Карбид кремния – один из наиболее перспективных композитных материалов для авиационно-космической отрасли. Он обладает высокой удельной жесткостью, прочностью и теплопроводностью. Такие качества позволяют создавать из него оптические устройства, работающие в условиях перепада экстремальных температур и не допускать изменения качества изображения в ходе эксплуатации».

Замгендиректора «Швабе» по перспективным исследованиям и разработкам – руководитель приоритетного технологического направления по технологиям оптоэлектроники и фотоники Сергей ПОПОВ: «Компетенции наших предприятий исторически тесно связаны с производством сложной и высокотехнологичной космической техники. Сегодня вместе с коллегами из РКС мы обеспечиваем целевую космическую аппаратуру, имеющую уникальные характеристики и функции, требуемыми компонентами и материалами с приемлемыми экономическими параметрами. С учетом нынешних глобальных вызовов и в условиях санкционных ограничений наша модель технологического взаимодействия с космическими приборостроительными предприятиями демонстрирует высокую эффективность».

Спутники с аппаратурой РКС, работающие сегодня на орбите, снабжены приборами для съемки в малом и среднем пространственном разрешении – этого достаточно для привычных задач дистанционного зондирования: наблюдения чрезвычайных ситуаций, крупных техногенных катастроф, лесных пожаров, экомониторинга, изучения динамики природных явлений, состава газов в атмосфере и других научных и общеэкономических потребностей.

Сейчас РКС двигается дальше и переходит к созданию космических телеобъективов для съемки Земли с сверхвысоким пространственным разрешением: меньше 1 метра. Это новая важная для российского космического рынка компетенция – создание космических камер оптического диапазона сверхвысокого пространственного разрешения для малых космических аппаратов. Планируется построить большое количество таких спутников – от нескольких десятков. Рой таких аппаратов будет снимать Землю в сверхдетальном режиме и вести непрерывную видеосъемку поверхности нашей планеты.

Руководитель сектора разработки оптических элементов многозональных сканирующих устройств РКС Александр РЫЖАКОВ: «Вывод спутника в космос и последующая работа с внешними воздействиями космического пространства вынуждает разработчиков создавать стеклянные зеркала с тяжелыми конструктивными элементами. Карбид кремния интересен как базовая технология для строительства приборов под систему съемочных аппаратов микро-класса. Это сверхжесткий материал и, несмотря на внешние факторы космического воздействия, оптические элементы из этого материала сохраняют все свои характеристики после вывода на орбиту и при длительных сроках эксплуатации в космосе. Зеркало из карбида кремния не требует утолщения и создания тяжелых вспомогательных конструкций – его свойства и характеристики остаются неизменны при любых условиях. Общий коэффициент повышения массы при увеличении диаметра составляет 1,8 против 3 на стекле».

Карбид кремния также делает возможным установку новой съемочной аппаратуры на малые спутники массой до 120 кг. На спутниках, которые действуют на орбите сегодня, масса только съемочного оборудования может достигать 500 кг, что сказывается и на общей стоимости спутника, и на стоимости его вывода на орбиту.

В рамках перспективных исследований специалисты РКС проводят опытные работы по применению карбида кремния в съемочной аппаратуре перспективных гидрометеорологических спутников систем «Арктика-М», «Электро-Л», «Метеор-М» для изготовления съемочной аппаратуры геостационарных спутников – так называемой МСУ-ГСМ. Подобной аппаратурой оснащен одноименный спутник системы «Арктика-М» для наблюдения полярных областей Земли и организации судоходства в северных зонах вечной мерзлоты. Применение нового материала позволит на порядок повысить качество изображения геостационаров и снизить общую массу спутников, используя высвободившиеся килограммы для установки дополнительных съемочных подсистем на борту и расширения функционала российских спутников ДЗЗ.