Bất chấp sự cạnh tranh của các cường quốc không gian hàng đầu trong việc phát triển các phương tiện phóng công suất lớn, trong tương lai gần, tàu vũ trụ nhỏ và siêu nhỏ (SSC) sẽ nhanh chóng phát triển. Họ sẽ giải quyết những nhiệm vụ gì?
Trong điều kiện tắc nghẽn trong không gian gần Trái đất, cổ phần trên con tàu vũ trụ nhỏ có thể trở nên rất hứa hẹn. Và không chỉ bởi vì chúng rẻ hơn nhiều lần so với động cơ nhiều tấn, và hiệu quả của chúng cũng không kém.
Quái vật trong quỹ đạo
Một trong những hướng quan trọng nhất trong việc phát triển các hệ thống tàu vũ trụ nhỏ là hỗ trợ thông tin cho quân đội. Nga là quốc gia đầu tiên đặt thiết bị thích hợp lên tàu vũ trụ siêu nhỏ. Năm 1995, hướng đi này đã được ủng hộ và như người ta nói, được sự ủng hộ của Tư lệnh Lực lượng Vũ trụ Quân sự (1989-1992), Đại tá-Tướng Vladimir Ivanov. Để thực hiện kế hoạch, một nhóm các nhà khoa học trẻ đã tập hợp dưới sự lãnh đạo của Thiếu tướng Vyacheslav Fateev.
Tàu vũ trụ nhỏ có thể được tạo ra trong các bức tường của trường đại học
Ảnh: bmstu.ru
Các tàu vũ trụ nhỏ có liên quan gì đến sự hỗ trợ thông tin của các nhóm quân trên mặt đất và phòng không vũ trụ? Thực tế là mỗi hệ thống không gian truyền thống đều có những ưu và khuyết điểm. Rốt cuộc, không phải không có lý do mà sự phát triển của các quỹ đạo được tiến hành với sự gia tăng không ngừng về kích thước và trọng lượng - điều này được yêu cầu bởi thiết bị đặt trên chúng. Chụp vệ tinh do thám quang-điện tử. Độ phân giải của chúng tỷ lệ với đường kính thấu kính của kính thiên văn trên tàu. Quang học, cho kết quả chấp nhận được để trinh sát, có khối lượng từ ba đến năm tấn. Các vệ tinh được trang bị những thiết bị như vậy tạo ra hình ảnh tốt. Nhưng vì lý do kinh tế, rất ít tàu vũ trụ như vậy được phóng đi, và chúng không thể ở đúng điểm của quỹ đạo để kiểm soát tình hình trong một khu vực được lựa chọn tùy ý. Hoặc nên có nhiều vệ tinh do thám như vậy, hoặc bạn sẽ phải chấp nhận rằng việc kiểm soát từ không gian trên một chiến trường cụ thể là có thể thực hiện tốt nhất là hai hoặc ba lần một ngày. Ngoài ra, việc giải mã hình ảnh không gian để nhận dạng mục tiêu, theo quy luật, đòi hỏi sự đầu tư lớn về thời gian, điều này không thể chấp nhận được trong điều kiện chiến tranh.
Tình báo điện tử cũng đặt ra những yêu cầu nghiêm trọng đối với phương tiện vận chuyển: để tăng độ phân giải, các máy thu trên tàu phải được trải rộng nhất có thể, nhưng có một giới hạn - kích thước của vệ tinh.
Radar không gian trinh sát, dựa trên cái gọi là nguyên tắc đơn vị trí, có những yêu cầu riêng. Ở đây, cần nhiều điện hơn từ hệ thống cung cấp điện trên bo mạch, điều này làm tăng tải. Ngoài ra, một hệ thống như vậy chỉ cung cấp một góc quan sát và rất dễ đánh lừa nó bằng cách sử dụng các mục tiêu giả dưới dạng các gương phản xạ góc đơn giản nhất.
Hãy nhường chỗ cho "những đứa trẻ"!
Nó chỉ ra rằng với các phương pháp trinh sát không gian truyền thống, một tàu vũ trụ không thể nhỏ theo định nghĩa. Có nghĩa là đã đến lúc phải áp dụng các phương pháp khác. Tại diễn đàn Army-2015, họ đã dành cho “bàn tròn” “Tàu vũ trụ nhỏ - công cụ giải quyết các vấn đề về phòng thủ hàng không vũ trụ”.
Lĩnh vực đầu tiên là khám phá đa phương diện. Theo Vyacheslav Fateev, với một kính thiên văn có đường kính tối thiểu, như họ nói, chúng ta có thể bao quát mục tiêu và chụp ảnh với độ phân giải thấp. Nhưng nếu chúng ta thêm vào bức ảnh này một bức chân dung đa phương diện của mục tiêu, thì khi sử dụng máy tính trên bo mạch, chúng ta sẽ có được hình ảnh chất lượng cao trong thời gian thực. Hệ thống trinh sát quang học không có kính thiên văn lớn hóa ra lại khá nhỏ gọn, tốc độ xử lý tín hiệu bằng các phương tiện hiện đại cao. Các thí nghiệm được thực hiện đã cho thấy những kết quả đầy hứa hẹn, nhưng chúng vẫn chưa được Bộ Quốc phòng công bố. Nhưng ở Mỹ, theo nguyên tắc này, tàu vũ trụ hỗ trợ thông tin cho chiến trường TACSAT đã được tạo ra.
Hướng thứ hai là phát triển trí tuệ điện tử. Với khoảng cách giữa các vệ tinh từ 10-50 km, độ phân giải của hệ thống vũ trụ tăng lên hàng trăm lần do sự gia tăng của cơ sở đo lường. Các thông số của tàu vũ trụ cần thiết cho những mục đích này đã được tính toán. Nó chỉ nặng 100 kg. Và một hệ thống ba hoặc bốn tàu vũ trụ nhỏ như vậy sẽ có thể cung cấp thông tin liên lạc song song trên chiến trường, giám sát phương tiện, lãnh thổ, bầu khí quyển … Độ chính xác của việc xác định tọa độ là mét. Ngày nay, một hệ thống như vậy đang được các lực lượng tên lửa và pháo binh yêu cầu rất nhiều. Nhưng để có được đơn hàng, một lần nữa chúng tôi phải làm việc nghiêm túc với Bộ Quốc phòng.
Đối với radar, các chuyên gia đã nghiên cứu khả năng chiếu xạ vô tuyến của bên thứ ba đối với mục tiêu hoặc chiếu xạ nó từ các vệ tinh khác - như thể từ bên cạnh. Nó làm gì?
Fateev giải thích: “Một vệ tinh của cụm có máy phát chiếu xạ bề mặt và các mục tiêu của Trái đất, và các vệ tinh nhẹ đặt bên cạnh nó (không có máy phát và hệ thống cung cấp điện mạnh) nhận được tín hiệu phản hồi,” Fateev giải thích, “và xây dựng hình ảnh vô tuyến của những mục tiêu này. Hơn nữa, trong cụm, chúng tôi không nhận được một mà là một số hình ảnh vô tuyến cùng một lúc, giúp loại bỏ khả năng gây nhiễu và mở ra khả năng mở các mục tiêu bị che mặt."
Các nhà khoa học đã tiến hành một thí nghiệm về khả năng chiếu sáng vô tuyến mục tiêu bằng tàu vũ trụ GLONASS. Tín hiệu yếu. Tuy nhiên, bảy hình ảnh vô tuyến của mục tiêu được quan sát được tổng hợp với sự chiếu sáng từ bảy vệ tinh cùng một lúc. Đây đã trở thành một hướng làm việc mới. Đánh giá bởi các công bố trên báo chí nước ngoài, họ bắt đầu quan tâm đến cuộc thử nghiệm ở nước ngoài. Cơ quan Vũ trụ Châu Âu có ý định lặp lại điều đó. Nhưng không có vấn đề gì họ thành công, ở đây chúng tôi là người đầu tiên.
Bảo vệ ranh giới quỹ đạo
Để hỗ trợ thông tin cho quân đội, điều quan trọng là phải giải quyết không chỉ vấn đề kết nối hoạt động của các đơn vị con trong khu vực xảy ra xung đột quân sự, mà còn cả vấn đề liên lạc hoạt động toàn cầu của các nhóm quân từ xa (nhóm tàu hải quân, nhóm hàng không) với Bộ chỉ huy quân sự trung ương. Như kinh nghiệm trong và ngoài nước cho thấy, tất cả những vấn đề này tương đối đơn giản và ổn định để được giải quyết với sự trợ giúp của các nhóm quỹ đạo thấp của liên lạc tàu vũ trụ nhỏ.
Một lĩnh vực hỗ trợ thông tin quan trọng khác cho quân đội là kiểm soát toàn cầu về thời tiết tại các khu vực hoạt động chiến đấu và các khu vực tái bố trí quân đội. Điều này cũng nằm trong quyền hạn của các nhóm ICA. Kinh nghiệm của chúng tôi và nước ngoài đã cho thấy điều này.
Một hướng khác là cải thiện cấp độ không gian của khu vực Đông Kazakhstan. Ở đây, theo Vyacheslav Fateev, ứng dụng đầu tiên và thành công nhất của tàu vũ trụ nhỏ là phát triển hệ thống điều khiển không gian (OMSS). Một số vệ tinh trường chéo được đặt trên quỹ đạo. Mô hình hóa cho thấy rằng chỉ có tám tàu vũ trụ trong chòm sao sẽ có thể làm rõ mục tiêu của bất kỳ vật thể mới nào trong vòng nửa giờ. Hiện nay, trong các hệ thống quang điện tử và radar trên mặt đất, việc này mất vài giờ.
Một lợi thế khác trong việc tạo ra một tổ chức vũ trụ như vậy là chúng ta không có các phương tiện trên mặt đất có thể quan sát các quỹ đạo có độ nghiêng nhỏ hơn 30 độ. Chúng không có sẵn cho chúng tôi, nhưng hệ thống này sẽ làm cho nhiệm vụ có thể giải quyết được.
Có thể mở rộng phạm vi không gian của SKKP bằng cách tạo ra các phương tiện trinh sát điện tử. Để làm được điều này, các tàu vũ trụ nhỏ được trang bị các thiết bị đánh chặn điện tử. Do đó, có thể quan sát toàn cầu tất cả các hệ thống thông tin liên lạc địa tĩnh mà trước đây không có sẵn để kiểm soát.
Một vấn đề khác mà lực lượng phòng không vũ trụ sẽ phải giải quyết trong tương lai gần là cuộc chiến chống lại cái gọi là vệ tinh kiểm tra. Chúng tôi biết người Mỹ đang sử dụng chúng. Dữ liệu đã được công bố về việc tạo ra và phóng lên quỹ đạo địa tĩnh của hai vệ tinh nhỏ nặng khoảng 220 kg. Mục đích là kiểm soát hoạt động của tàu vũ trụ địa tĩnh của họ. Tuy nhiên, hai phương tiện này trên quỹ đạo di chuyển theo hướng này hoặc hướng khác trong vùng phủ sóng của cả tàu vũ trụ địa tĩnh của Mỹ và của chúng ta. Rất khó phát hiện chúng từ Trái đất, nhưng SKKP của chúng tôi đã làm được.
MCA có thể nhỏ hơn không? Có những tính toán: với kích thước 0,4 mét, cường độ sao của MCA sẽ xấp xỉ M18. Và nếu nó thậm chí còn nhỏ hơn, thì vệ tinh trở nên không thể phân biệt được với Trái đất, và thực tế là không thể chiến đấu với khả năng "tàng hình" như vậy. Để làm gì?
“Một trong những hướng quan trọng nhất trong quá trình phát triển tàu vũ trụ nhỏ là kiểm tra quỹ đạo địa tĩnh,” Fateev tin tưởng. - Nếu chúng ta làm được, đó sẽ là một thành công. Nhưng để làm được điều này, chúng tôi cần các vệ tinh kiểm tra của riêng mình."
Lĩnh vực khó khăn tiếp theo là hệ thống phát hiện không gian cho máy bay siêu thanh (GZVA). Đây là một trong những loại vũ khí nguy hiểm và nghiêm trọng nhất khi bay ở độ cao trung bình (từ 20 đến 40 km và thậm chí cao hơn). Có vẻ như, không phải vệ tinh mà cũng không phải máy bay. Tốc độ - trên Mach 5. Không phải mọi trạm radar đều có khả năng phát hiện. Chưa hết, hệ thống kiểm soát không gian của Nga, có một tàu vũ trụ nhỏ, sẽ có thể nhìn thấy những phương tiện siêu thanh như vậy. Vì chúng nóng lên đến 1000 độ và tạo ra trường plasma xung quanh nên chỉ cần 9 tàu vũ trụ nhỏ để "bao phủ" GZVA.
Cuối cùng, cần tạo một nhóm để kiểm soát hoạt động của tầng điện ly, bao gồm cả trong vùng mạch điện cực. Điều này cực kỳ quan trọng, đặc biệt là khi giải quyết các vấn đề về tăng độ chính xác của GLONASS. Các sai sót trong việc xác định tọa độ vẫn còn đáng kể cho đến ngày nay và đến năm 2020 chúng phải giảm đáng kể. Điều này cũng cần thiết liên quan đến việc vận hành các cơ sở radar trên đường chân trời của hệ thống phòng thủ hàng không vũ trụ. Nếu không có kiến thức sâu sắc về các đặc tính của tầng điện ly, chúng ta sẽ không thể giải quyết vấn đề xác định chính xác tọa độ của các mục tiêu radar. Nhiệm vụ này hoàn toàn có thể giải quyết được với sự trợ giúp của một nhóm các thiết bị giám sát tầng điện ly nhỏ.
Vấn đề giám sát bức xạ liên tục trong không gian gần trái đất cũng không được loại bỏ khỏi chương trình nghị sự.
Công cụ phổ quát
Như chúng ta thấy, để giải quyết nhiều nhiệm vụ, kể cả những nhiệm vụ mà quân đội phải đối mặt, cần phải phát triển một hệ thống hỗ trợ thông tin đa vệ tinh. Điều này không có nghĩa là mỗi hệ thống trong số 10-12 được thảo luận ở trên yêu cầu một nhóm riêng biệt. Nó sẽ quá đắt. Theo Fateev, tất cả những điều này có thể và nên được kết hợp thành một nhóm, cơ sở của nó là liên lạc vô tuyến lẫn nhau giữa tất cả các tàu vũ trụ nhỏ gần nhất tạo ra mạng lưới. Mọi người nhìn thấy một người hàng xóm trên kênh sóng milimet và truyền thông tin của anh ta qua anh ta.
Đồng thời, nhiệm vụ quan trọng nhất đang được giải quyết - tạo ra một hệ thống toàn cầu để truyền thông tin giữa bất kỳ người tiêu dùng mặt đất và không gian nào. Nếu đạt được điều này, thì thông tin từ bất kỳ tàu vũ trụ nhỏ nào cũng có thể được truyền đến điểm mong muốn trên Trái đất, cho dù đó là tín hiệu điều khiển chiến đấu từ chỉ huy đến cấp dưới hay thông tin tình báo từ các phương tiện khác. Hơn nữa, do sự hiện diện liên tục của một hoặc ba tàu vũ trụ nhỏ trong vùng hiển thị của người tiêu dùng (bộ chỉ huy quân sự trung ương), thông tin tình báo được truyền đi theo thời gian thực từ bất kỳ đâu.
Do đó, một chòm sao đa vệ tinh chung duy nhất giải quyết các vấn đề về cung cấp thông tin liên lạc toàn cầu, hoạt động trinh sát toàn diện các nhà hát hoạt động và không gian gần trái đất, kiểm soát hoàn toàn trường hấp dẫn của Trái đất (thật không may, Nga hiện không có hệ thống trắc địa quỹ đạo) và thời tiết … quân sự, và vì mục đích hòa bình. Hơn nữa, ứng dụng dân sự thú vị nhất sẽ ảnh hưởng đến mỗi chúng ta. Đó là về việc thực hiện ý tưởng về "Internet không gian". Một số quốc gia đã và đang xây dựng các dự án như vậy. "Không gian Internet" sẽ đề cử Nga trong số các quốc gia phát triển về thông tin nhất.
Fateev tóm tắt: “Nó vẫn còn để thuyết phục khách hàng quân sự của chúng tôi về tính hiệu quả của hệ thống một tàu vũ trụ nhỏ đa dụng được đề xuất. - Tất nhiên, có những vấn đề. Cần phát triển các công nghệ thông tin và vũ trụ hoàn toàn mới. Ngoài ra, tàu vũ trụ càng nhỏ, tuổi thọ quỹ đạo của nó càng ngắn. Do đó, sẽ cần thiết để tăng chiều cao quỹ đạo, hoặc thay thế kịp thời các tàu vũ trụ nhỏ. Ngoài ra, đánh giá kinh tế về hệ thống thống nhất đang được tạo ra là cần thiết để hiểu nó sẽ mang lại lợi ích như thế nào cho nhà nước."
Ai sẽ xây dựng các điều khoản tham chiếu?
Theo các chuyên gia, một trong những vấn đề là khách hàng, tức là Bộ Quốc phòng, không có kinh nghiệm trong việc tạo và sử dụng chúng. Trở ngại thứ hai là thiếu các yêu cầu kỹ thuật và chiến thuật đối với các tàu vũ trụ nhỏ như vậy. Cho đến nay, không ai nói rõ ràng và chính xác TK phải là gì.
Tất nhiên, có các tổ chức liên quan, viện nghiên cứu và các tiêu chuẩn liên quan với nhau. “Theo phân loại quốc tế, MCA được chia nhỏ thành các thiết bị từ 500 đến 100 kg, từ 100 đến 10 kg, từ 10 đến 1 kg, từ một kg đến 100 gram,” Vladimir Letunov, Tổng giám đốc Phát triển Tích hợp của Công nghệ NCCI. - Kích thước của các thiết bị cũng quan trọng. Các vật thể có đường kính dưới 10 cm không được xác định bằng điều khiển vô tuyến và chúng chỉ có thể được nhìn thấy thông qua quang học ở một số độ cao nhất định."
Có một sự hiểu biết rằng một nền tảng duy nhất nên được phát triển cho những con tàu vũ trụ nhỏ như vậy. Nhưng kế hoạch vẫn chưa được cụ thể hóa. Các cơ sở để xây dựng nhóm là rõ ràng, có một tập hợp các bộ phân loại, các hạn chế và các thành phần. Theo Letunov, trong tương lai gần, 90% tàu vũ trụ sẽ thuộc loại nhỏ, với tương lai đằng sau chúng.
Phó trưởng thiết kế của NPO được đặt tên sau Lavochkin Nikolay Klimenko giải thích rằng công ty của họ đã tiến hành từ lâu và có mục đích về việc tạo ra MCA và có cơ sở tương ứng. Nền tảng không gian sửa đổi "Karat-200" đã được tạo ra. Các giải pháp khoa học kỹ thuật ứng dụng được đưa ra trên cơ sở của nó. Một số phương tiện thử nghiệm đã được đưa vào vũ trụ. Có những dự án về tàu vũ trụ khác thuộc loại này để giải quyết các vấn đề ứng dụng vì lợi ích của quân đội. Tuy nhiên, Bộ Quốc phòng vẫn chưa đưa ra kế hoạch sản xuất.
Bình bột trống rỗng
Nga có khái niệm phóng và sử dụng tàu vũ trụ nhỏ không? Than ôi … Mặc dù lần đầu tiên đề xuất sử dụng tàu vũ trụ nhỏ được đưa ra, nhưng chúng tôi xin nhắc lại, cựu tư lệnh của Lực lượng Vũ trụ Quân sự, Đại tá-Tướng Vladimir Ivanov. Ý tưởng của ông là các vệ tinh lớn dành cho lãnh đạo cao nhất, MCA dành cho các nhóm quân. Đó là 20 năm trước, nhưng khái niệm này chưa bao giờ được thực hiện. Tại sao?
Các trường hợp cụ thể đã được yêu cầu. Đặc biệt, một loạt các bộ máy radar nhỏ đã được lên kế hoạch với mật danh "Condor". Chúng đã không được phát triển. Bây giờ chỉ có một trong những phương tiện này là trên quỹ đạo. Tại sao nó không hoạt động? Vì đối lập tàu vũ trụ lớn nhỏ là phản tác dụng và sai lầm. Chúng nên bổ sung cho nhau. Trong thời bình, các thiết bị hiệu suất cao là cần thiết để tạo thành cơ sở dữ liệu tham chiếu. MCA không giải quyết vấn đề này. Và những người lớn có thể. Trước đó, trong một giai đoạn đặc biệt, tức là trước chiến tranh, theo các quy tắc hiện có, người ta dự kiến xây dựng nhóm quỹ đạo với chi phí là đạn dược của tàu vũ trụ. Nhưng nó đã không tồn tại nhiều năm, đơn giản là không có gì để bổ sung nhóm quỹ đạo. Tuy nhiên, nên có đạn dược. Bởi vì khi cần nhập dữ liệu cần thiết vào bản đồ đường bay của tên lửa, vai trò chính không còn là tần suất quan sát nữa. Sự phát triển của nhóm được giả định không chỉ là sự gia tăng số lượng bộ máy: 20–25–30 … Không nền kinh tế nào có thể chịu được điều này. Điều này có nghĩa là số lượng phải được tính toán chính xác. Khoảng thời gian quan sát từ hai đến ba giờ sẽ phù hợp với bộ phận quân sự.
Cần đơn giản hóa thiết kế nhất có thể, để giảm giá thành sản phẩm, sử dụng các chào hàng thương mại cho việc này. Như kinh nghiệm của các cuộc xung đột địa phương cho thấy, thời gian của chúng là từ một tuần đến một năm. Điều này có nghĩa là khoảng thời gian tồn tại tích cực của MCA phải tương xứng. Điều chính là để ngăn chặn một tình huống mà sự sẵn sàng cho việc phóng sẽ chỉ được đảm bảo khi chiến tranh kết thúc.
Nhưng điều này đòi hỏi sự phát triển của một khái niệm thích hợp. Khoảng thời gian chuẩn bị cho việc khởi chạy các thiết bị như vậy kể từ khi nhận được lệnh là một tuần. Theo ý kiến của các nhà phát triển, bạn nên:
- để tạo ra một khái niệm về hoạt động xây dựng khả năng của chòm sao quỹ đạo trong một giai đoạn đặc biệt trong khi vẫn duy trì các yêu cầu về tải trọng đối với tiêu chuẩn này (chúng phải được áp dụng cho cả tàu vũ trụ lớn và nhỏ);
- phát triển các yêu cầu thống nhất đối với công nghệ chế tạo tàu vũ trụ, điều này sẽ đảm bảo việc phóng nhanh chúng;
- để tạo ra các nền tảng không gian thống nhất với kiến trúc mô-đun và các giao diện tự động để tích hợp nhanh chóng vào các hệ thống không gian (để tất cả các nhà phát triển có ý tưởng rõ ràng về cách thức và từ những gì chúng tôi sẽ tạo ra thiết bị);
- giới thiệu các giao diện của Nga sẽ đảm bảo hoạt động của các bệ không gian trong các điều kiện khác nhau.
Cuối cùng, sẽ là đúng đắn khi tập hợp một cộng đồng chuyên gia, bao gồm đại diện của tổ hợp công nghiệp quốc phòng và các cơ quan đặt hàng, để quyết định việc sử dụng nhóm tàu vũ trụ đa năng như vậy trong một khoảng thời gian đặc biệt.
Cho đến khi các phương pháp tiếp cận nói trên được triển khai, sẽ không có điều gì mới xuất hiện trong quỹ đạo không gian của Nga.
