В передовой инженерной аэрокосмической школе Самарскго национального исследовательского университета имени академика С. П. Королёва разработали проект сверхлегкого и компактного передатчика сигнала, способного держать связь из космоса с Землей и передавать большие объемы информации. Разработка позволит увеличить пропускную способность перспективных группировок спутников, а также поможет в идентификации летающих объектов.
Молодые ученые и инженеры разработали проект самого компактного и легкого в мире высокоскоростного радиопередатчика для космических спутников сверхмалого класса — пикоспутников формата TinySat или PocketQube. Эти миниатюрные космические аппараты обычно состоят из одного или двух кубиков размерами всего 5×5×5 см, поэтому уместить внутри такого малыша передатчик с достаточной мощностью и высокой скоростью передачи данных — весьма сложная задача. Все компоненты самарского радиопередатчика уместятся на электронной плате размером меньше половинки банковской карты — 4×4 см, а общий вес устройства, способного с космической орбиты уверенно держать связь с Землей, не превысит 15 грамм, что в несколько раз меньше, чем у зарубежных аналогов.
«Цель нашего проекта — создание и испытание высокоскоростного радиопередатчика, адаптированного для применения в условиях космоса на сверхмалых спутниковых платформах. Такой радиопередатчик решит задачу увеличения пропускной способности радиоканала космического аппарата и позволит передавать на порядок больший объем информации, чем передатчики, применяемые сейчас на платформах сверхмалых спутников, таких как PocketQube или TinySat. Наша разработка поможет в развитии научно-исследовательского потенциала таких платформ: пикоспутники, благодаря их малым размерам, гораздо дешевле запускать в космос, чем более крупные аппараты, а наличие скоростного канала связи сделает их более подходящими и популярными для проведения самых различных исследований в космосе. Если, например, запустить на орбиту целую группировку пикоспутников, оснащенных такими передатчиками, то это позволит развернуть на Земле сеть спутникового интернета вещей. Такой передатчик подойдет и для разных земных устройств, требующих передачи по радиоканалу значительных объемов информации при малом весе и размере аппаратуры, например для квадрокоптеров», — рассказал руководитель проекта, инженер ПИАШ Самарского университета им. Королёва Сергей Ивлев.
По его словам, уже есть договоренность, что самарская разработка станет частью перспективной спутниковой платформы одной из российских частных космических компаний, планирующей создать орбитальную группировку сверхмалых спутников для обслуживания абонентов на Земле и для передачи данных с удаленных терминалов. Передатчик также подойдет для использования на стратосферных зондах и атмосферных исследовательских аппаратах.
Ввиду уникальной области применения, доступных коммерческих аналогов этой разработки самарским ученым обнаружить не удалось. На пикоспутниках, как правило, устанавливаются менее мощные и менее скоростные передатчики, передающие данные со скоростью, исчисляемой максимум десятками килобит в секунду. Пиковая же скорость самарского передатчика составит до 1,2 Мбит с перспективой увеличения до 2 Мбит. По меркам обычных земных пользователей Интернета это, конечно же, немного, но для космоса и для крохотных пикоспутников — вполне приличная скорость.
«Мы сравнивали характеристики нашего передатчика с данными популярных высокоскоростных зарубежных систем, предназначенных для применения на спутниках большего, чем пикоспутники, формата (CubeSat), в том числе сравнивали с такими радиопередатчиками, как S-Band-Transmitter болгарской компании EnduroSat, TX S-Band голландской ISIS и TX-2400 британской Clyde Space. Сравнение показывает, что наша система будет самой легкой и компактной — например, по весу она будет почти в пять раз легче самого легкого передатчика TX-2400, весящего 70 граммов. Но главное, что благодаря применению современной компонентной базы и интегрированных технологий такой передатчик способен эффективно работать даже на крохотных спутниках, имеющих сильно ограниченный лимит по энергопотреблению», — отметил Сергей Ивлев.
Передатчик будет работать в S-диапазоне, используемом для наземной и спутниковой радиосвязи. Выходная мощность передатчика — 30 dBm (1 Вт), центральная несущая частота — 2,45 ГГц, технология модуляции — FLRC. Радиочастотный тракт соберут на основе коммерческих электронных компонентов с высокой степенью интеграции, что позволит повысить эффективность устройства. Специально написанное для этого передатчика программное обеспечение позволит устройству адаптироваться под текущие параметры космической среды и даже сможет частично компенсировать неизбежную со временем деградацию деталей передатчика. Также будет заложена возможность дистанционно обновлять с Земли прошивку как передатчика, так и самого спутника.
«Система будет контролировать большое количество внутренних данных — подстраивать мощность усилителя в зависимости от измеренных параметров, следить за деградацией компонентов и компенсировать изменение параметров радиочастотного тракта. Также в проекте будет применена технология Ranging Engine, дающая возможность измерять расстояние между передатчиком и базовой станцией при помощи специального смещенного кодирования, что позволит точнее определять местонахождение космического аппарата на орбите, а в случае использования этого передатчика в земных условиях на квадрокоптере это позволит частично обходиться в полете без системы GPS», — подчеркнул Сергей Ивлев.
В настоящее время ученые введут работу над отдельными узлами устройства и происходит отладка программного обеспечения. Изготовить и испытать предсерийные образцы радиопередатчика планируется до лета 2025 года.
Проект реализуется в рамках Передовой инженерной аэрокосмической школы и получил финансовую поддержку Фонда содействия инновациям в виде гранта в размере 1 млн рублей. Срок реализации проекта — 1 год.
Федеральный проект «Передовые инженерные школы» осуществляется в рамках государственной программы Российской Федерации «Научно-технологическое развитие Российской Федерации».