Kleine Raumschiffe können mehr
Trotz der Rivalität der führenden Weltraummächte bei der Entwicklung von Trägerraketen mit hoher Kapazität werden sich in naher Zukunft schnell kleine und ultrakleine Raumfahrzeuge (SSC) entwickeln. Welche Aufgaben werden sie lösen?
Bei Überlastung im erdnahen Weltraum könnte sich der Einsatz des kleinen Raumschiffs als sehr vielversprechend erweisen. Und das nicht nur, weil sie um ein Vielfaches billiger sind als Multi-Tonnen-Motoren und ihre Effizienz nicht geringer ist.
Monster im Orbit
Eine der wichtigsten Richtungen bei der Entwicklung kleiner Raumfahrzeugsysteme ist die Informationsunterstützung für Truppen. Russland hat als erstes Land die entsprechende Ausrüstung an Bord eines ultrakleinen Raumschiffs gebracht. 1995 wurde diese Richtung vom Kommandeur der Militärischen Weltraumstreitkräfte (1989-1992), Generaloberst Vladimir Ivanov, unterstützt und, wie es heißt, gesegnet. Um den Plan umzusetzen, versammelte sich eine Gruppe junger Wissenschaftler unter der Führung von Generalmajor Vyacheslav Fateev.
Kleine Raumschiffe können innerhalb der Mauern einer Universität gebaut werden
Foto: bmstu.ru
Was hat das kleine Raumschiff mit der Informationsunterstützung von Bodentruppen und der Luft- und Raumfahrt zu tun? Tatsache ist, dass jedes traditionelle Raumsystem seine Vor- und Nachteile hat. Schließlich verlief die Entwicklung der Orbiter nicht ohne Grund mit einer ständigen Zunahme an Größe und Gewicht - dies war von der darauf platzierten Ausrüstung erforderlich. Nehmen wir optisch-elektronische Aufklärungssatelliten. Ihre Auflösung ist proportional zum Linsendurchmesser des Bordteleskops. Optiken, die für die Aufklärung akzeptable Ergebnisse liefern, haben eine Masse von drei bis fünf Tonnen. Satelliten, die mit solchen Geräten ausgestattet sind, liefern gute Bilder. Aber aus wirtschaftlichen Gründen werden nur sehr wenige solcher Raumfahrzeuge gestartet, und sie können physikalisch nicht am richtigen Punkt der Umlaufbahn sein, um die Situation in einem willkürlich gewählten Gebiet zu kontrollieren. Entweder sollte es viele solcher Aufklärungssatelliten geben, oder man muss akzeptieren, dass die Kontrolle aus dem Weltraum auf einem bestimmten Schlachtfeld bestenfalls zwei- bis dreimal am Tag möglich ist. Außerdem erfordert die Entschlüsselung von Weltraumbildern zur Zielerkennung in der Regel einen großen Zeitaufwand, der unter Kriegsbedingungen nicht akzeptabel ist.
Auch die elektronische Intelligenz stellt hohe Anforderungen an das Trägerfahrzeug: Um die Auflösung zu erhöhen, müssen die Bordempfänger möglichst weit gestreut werden, aber es gibt eine Grenze – die Dimensionen des Satelliten.
Weltraumradaraufklärung, basierend auf dem sogenannten Prinzip der Monolokation, hat ihre eigenen Anforderungen. Hier wird mehr Leistung aus dem Bordnetz benötigt, was die Belastung erhöht. Außerdem bietet ein solches System nur einen Beobachtungswinkel und ist leicht zu täuschen, indem man falsche Ziele in Form einfachster Eckreflektoren verwendet.
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Es stellt sich heraus, dass ein Raumfahrzeug mit traditionellen Methoden der Weltraumaufklärung nicht per Definition klein sein kann. Es bedeutet, dass die Zeit gekommen ist, andere Methoden zu übernehmen. Auf dem Forum Army-2015 widmeten sie sich dem "Runden Tisch" "Kleine Raumfahrzeuge - ein Werkzeug zur Lösung von Problemen der Luft- und Raumfahrtverteidigung".
Der erste Bereich ist die multispektrale Exploration. Laut Vyacheslav Fateev können wir mit einem Teleskop mit einem minimalen Durchmesser, wie sie sagen, das Ziel abdecken und ein Bild mit niedriger Auflösung aufnehmen. Aber wenn wir dazu ein multispektrales Portrait des Ziels hinzufügen, dann erhalten wir mit dem Bordcomputer ein qualitativ hochwertiges Bild in Echtzeit. Ein optisches Aufklärungssystem ohne großes Teleskop erweist sich als recht kompakt, und die Signalverarbeitungsgeschwindigkeit mit modernen Mitteln ist hoch. Die durchgeführten Experimente haben vielversprechende Ergebnisse gezeigt, aber sie wurden vom Verteidigungsministerium noch nicht beansprucht. Aber in den USA wurde nach diesem Prinzip bereits das Raumschiff zur Informationsunterstützung des TACSAT-Schlachtfeldes geschaffen.
Die zweite Richtung ist die Entwicklung der elektronischen Intelligenz. Bei einer Entfernung zwischen den Satelliten von 10-50 Kilometer erhöht sich die Auflösung des Weltraumsystems durch die Vergrößerung der Messbasis um das Hundertfache. Die hierfür erforderlichen Parameter des Raumfahrzeugs wurden berechnet. Es wiegt nur 100 Kilogramm. Und ein System von drei oder vier so kleinen Raumfahrzeugen wird in der Lage sein, Duplex-Kommunikation auf dem Schlachtfeld bereitzustellen, Fahrzeuge, Territorien, Atmosphäre zu überwachen … Die Genauigkeit der Koordinatenbestimmung beträgt Meter. Heutzutage wird ein solches System von Raketentruppen und Artillerie stark nachgefragt. Aber um dafür einen Auftrag zu bekommen, müssen wir wieder ernsthaft mit dem Verteidigungsministerium zusammenarbeiten.
In Bezug auf Radar untersuchten Experten die Möglichkeit, das Ziel durch Funk von Dritten zu beleuchten oder von anderen Satelliten - wie von der Seite - zu bestrahlen. Was tut es?
„Ein Satellit des Haufens mit einem Sender bestrahlt die Erdoberfläche und Ziele, und die daneben befindlichen leichten Satelliten (ohne Sender und leistungsstarke Stromversorgungssysteme) empfangen ein Antwortsignal“, erklärt Fateev, „und bauen Funkbilder dieser Ziele auf.“. Darüber hinaus erhalten wir im Cluster nicht ein, sondern mehrere Funkbilder auf einmal, was die Möglichkeit von Interferenzen ausschließt und die Möglichkeit eröffnet, maskierte Ziele zu öffnen.
Wissenschaftler führten ein Experiment zur Zielradiobeleuchtung mit der GLONASS-Raumsonde durch. Das Signal war schwach. Trotzdem wurden sieben Radiobilder des beobachteten Ziels mit Beleuchtung von sieben Satelliten gleichzeitig synthetisiert. Dies hat sich zu einer neuen Arbeitsrichtung entwickelt. Den Veröffentlichungen in der ausländischen Presse nach zu urteilen, interessierten sie sich für das Experiment im Ausland. Die Europäische Weltraumorganisation will es wiederholen. Aber egal was ihnen gelingt, hier waren wir die Ersten.
Bewachung der Orbitalgrenzen
Für die Informationsunterstützung von Truppen ist es wichtig, nicht nur das Problem der operativen Vernetzung von Untereinheiten im Bereich eines militärischen Konflikts zu lösen, sondern auch das Problem der globalen operativen Kommunikation entfernter militärischer Gruppierungen (Gruppen von Marineschiffen, Luftfahrtgruppierungen) mit dem zentralen Militärkommando. Wie in- und ausländische Erfahrungen zeigen, sind all diese Probleme relativ einfach und stabil mit Hilfe von Gruppen kleiner Raumfahrzeugkommunikationen in niedriger Umlaufbahn zu lösen.
Ein weiterer wichtiger Bereich der Informationsunterstützung für Truppen ist die globale Kontrolle des Wetters in Gebieten von Kampfhandlungen und Gebieten der Truppenverlegung. Dies liegt auch in der Zuständigkeit der ICA-Gruppierungen. Unsere und ausländische Erfahrung hat dies gezeigt.
Eine andere Richtung ist die Verbesserung der Raumfahrt in der Region Ostkasachstan. Hier ist laut Vyacheslav Fateev die erste und erfolgreichste Anwendung des kleinen Raumfahrzeugs die Entwicklung des Weltraumkontrollsystems (OMSS). Eine Reihe von Cross-Field-Satelliten wird in die Umlaufbahn gebracht. Die Modellierung legt nahe, dass nur acht Raumfahrzeuge in der Konstellation es ermöglichen, das Ziel jedes neuen Objekts innerhalb einer halben Stunde zu klären. Bei bodengestützten optoelektronischen und Radarsystemen dauert dies heute mehrere Stunden.
Ein weiterer Vorteil bei der Schaffung einer solchen Weltraumstaffel besteht darin, dass wir keine bodengestützten Einrichtungen haben, die Umlaufbahnen mit einer Neigung von weniger als 30 Grad beobachten würden. Sie stehen uns nicht zur Verfügung, aber dieses System wird die Aufgabe lösbar machen.
Es ist möglich, die Weltraumstaffel des SKKP auch durch die Schaffung von Mitteln der elektronischen Aufklärung zu erweitern. Dazu werden kleine Raumfahrzeuge mit elektronischen Abfangjägern ausgestattet. Dadurch wird es möglich, alle bisher nicht kontrollierbaren geostationären Kommunikationssysteme global zu beobachten.
Ein weiteres Problem, das die Luft- und Raumfahrtverteidigung in naher Zukunft lösen muss, ist der Kampf gegen die sogenannten Inspektionssatelliten. Wir wissen, dass die Amerikaner sie benutzen. Es wurden Daten über die Entstehung und den Start in eine geostationäre Umlaufbahn von zwei kleinen Satelliten mit einem Gewicht von etwa 220 Kilogramm veröffentlicht. Ziel ist es, den Betrieb ihres geostationären Raumfahrzeugs zu kontrollieren. Diese beiden Fahrzeuge im Orbit bewegen sich jedoch im Abdeckungsbereich sowohl des amerikanischen als auch unseres geostationären Raumfahrzeugs entweder in die eine oder andere Richtung. Es ist sehr schwierig, sie von der Erde aus zu entdecken, aber unser SKKP hat es geschafft.
Könnte MCA noch kleiner sein? Es gibt Berechnungen: Bei einer Größe von 0,4 Metern wird die stellare Magnitude des MCA ungefähr M18 betragen. Und wenn es noch kleiner ist, ist der Satellit von der Erde nicht zu unterscheiden, und es ist praktisch unmöglich, mit einer solchen "Unsichtbarkeit" zu kämpfen. Was zu tun ist?
„Eine der wichtigsten Richtungen bei der Entwicklung kleiner Raumfahrzeuge ist die Untersuchung der geostationären Umlaufbahn“, glaubt Fateev. - Wenn wir es schaffen, wird es ein Erfolg. Aber dafür brauchen wir unsere eigenen Inspektionssatelliten.“
Der nächstschwierigste Bereich sind Weltraumdetektionssysteme für Hyperschallflugzeuge (GZVA). Dies ist eine der gefährlichsten und schwerwiegendsten Waffen, die in mittleren Höhen (von 20 bis 40 km und noch höher) fliegt. Es scheint, und kein Satellit, aber auch kein Flugzeug. Geschwindigkeiten - über Mach 5. Nicht jede Radarstation ist in der Lage zu detektieren. Und doch wird das russische Weltraumkontrollsystem, das über ein kleines Raumfahrzeug verfügt, solche Hyperschallfahrzeuge sehen können. Da sie sich auf bis zu 1000 Grad erhitzen und um sie herum ein Plasmafeld erzeugen, sind nur neun kleine Raumschiffe nötig, um die GZVA „zu bedecken“.
Schließlich ist es notwendig, eine Gruppe für die operative Kontrolle der Ionosphäre, auch in der zirkumpolaren Region, zu schaffen. Dies ist äußerst wichtig, insbesondere bei der Lösung von Problemen zur Erhöhung der Genauigkeit von GLONASS. Fehler bei der Koordinatenbestimmung sind auch heute noch erheblich und müssen bis 2020 deutlich reduziert werden. Dies ist auch im Zusammenhang mit der Inbetriebnahme von Over-the-Horizon-Radaranlagen des Luft- und Raumfahrtabwehrsystems erforderlich. Ohne ein tiefes Wissen über die Eigenschaften der Ionosphäre werden wir das Problem der genauen Koordinatenbestimmung von Radarzielen nicht lösen können. Die Aufgabe ist mit Hilfe einer Gruppierung kleiner Ionosphären-Überwachungsgeräte durchaus lösbar.
Auch das Problem der kontinuierlichen Strahlungsüberwachung im erdnahen Weltraum wird nicht von der Tagesordnung gestrichen.
Universalwerkzeug
Wie wir sehen, ist es notwendig, ein Multi-Satelliten-Informationsunterstützungssystem zu entwickeln, um eine Vielzahl von Aufgaben zu lösen, auch für die Truppen. Dies bedeutet nicht, dass jedes der oben diskutierten 10–12 Systeme eine separate Gruppierung erfordert. Es wird zu teuer. All dies kann und sollte laut Fateev in einer Gruppierung zusammengefasst werden, deren Grundlage die gegenseitige Funkkommunikation zwischen allen nächstgelegenen kleinen Raumfahrzeugen ist, die das Netzwerk bilden. Jeder sieht einen Nachbarn auf dem Millimeterwellenkanal und überträgt seine Informationen über ihn.
Gleichzeitig wird die wichtigste Aufgabe gelöst - die Schaffung eines globalen Systems zur Übertragung von Informationen zwischen beliebigen Boden- und Weltraumverbrauchern. Wenn dies erreicht ist, können Informationen von jedem kleinen Raumfahrzeug an den gewünschten Punkt auf der Erde übertragen werden, seien es Kampfsteuersignale von einem Kommandanten an einen Untergebenen oder Informationen von anderen Fahrzeugen. Darüber hinaus werden aufgrund der ständigen Präsenz von einem oder drei kleinen Raumfahrzeugen im Sichtbereich des Verbrauchers (zentrale Militärführung) Geheimdienstinformationen in Echtzeit von überall übertragen.
Somit löst eine einzige universelle Multi-Satelliten-Konstellation die Probleme der Bereitstellung globaler Kommunikation, umfassender operativer Aufklärung des Operationsgebiets und des erdnahen Weltraums, der vollständigen Kontrolle des Schwerefelds der Erde (unglücklicherweise hat Russland jetzt keine orbitalen geodätischen Systeme) und Wetter … militärisch und für friedliche Zwecke. Darüber hinaus wird die interessanteste zivilrechtliche Anwendung jeden von uns betreffen. Es geht um die Umsetzung der Idee des „Space Internet“. Einige Länder bauen bereits solche Projekte. "Space Internet" wird Russland zu einem der am besten entwickelten Länder ernennen.
„Es bleibt noch, unseren militärischen Kunden von der Wirksamkeit des vorgeschlagenen universellen Single-Systems von Dual-Use-Kleinraumfahrzeugen zu überzeugen“, fasst Fateev zusammen. - Natürlich gibt es Probleme. Es ist notwendig, völlig neue Informations- und Raumfahrttechnologien zu entwickeln. Außerdem gilt: Je kleiner das Raumfahrzeug, desto kürzer ist seine Orbitallebensdauer. Daher wird es notwendig sein, entweder für eine Erhöhung der Umlaufbahnhöhe oder einen rechtzeitigen Austausch des kleinen Raumfahrzeugs zu sorgen. Darüber hinaus ist eine wirtschaftliche Bewertung des entstehenden einheitlichen Systems notwendig, um zu verstehen, wie vorteilhaft es für den Staat sein wird.“
Wer wird die Leistungsbeschreibung formulieren?
Eines der Probleme besteht laut Experten darin, dass der Kunde, dh das Verteidigungsministerium, keine Erfahrung mit der Erstellung und Verwendung dieser Produkte hat. Das zweite Hindernis sind die fehlenden taktischen und technischen Voraussetzungen für solch kleine Raumfahrzeuge. Bisher hat noch niemand klar und präzise gesagt, was die TK sein soll.
Natürlich gibt es einschlägige Institutionen, Forschungsinstitute und miteinander verbundene Standards. „Entsprechend der internationalen Klassifikation werden MCA in Geräte von 500 bis 100 Kilogramm, von 100 bis 10 Kilogramm, von 10 bis 1 Kilogramm, von einem Kilogramm bis 100 Gramm unterteilt“, erinnert sich Vladimir Letunov, Generaldirektor der Integrierten Entwicklung von Technologien NCCI. - Auch die Größe der Geräte spielt eine Rolle. Gegenstände mit einem Durchmesser von weniger als 10 Zentimetern werden per Funk nicht erkannt und sind durch die Optik nur in bestimmten Höhen zu sehen.“
Es besteht Einvernehmen, dass für solch kleine Raumfahrzeuge eine einzige Plattform entwickelt werden sollte. Doch der Plan ist noch nicht konkretisiert. Die Grundlagen, auf denen die Gruppierung aufgebaut ist, sind klar, es gibt eine Reihe von Klassifikatoren, Restriktionen und Komponenten. Laut Letunov werden in absehbarer Zeit 90 Prozent der Raumfahrzeuge einer kleinen Klasse angehören, die die Zukunft hinter sich hat.
Stellvertretender Chefdesigner von NPO benannt nach Lavochkin Nikolay Klimenko erklärte, dass ihr Unternehmen seit langem und zielgerichtet an der Schaffung von MCA gearbeitet habe und über eine entsprechende Grundlage verfüge. Es entstand die modifizierte Weltraumplattform "Karat-200". Auf seiner Basis werden angewandte naturwissenschaftliche und technische Lösungen angeboten. Eine Reihe von Versuchsfahrzeugen war bereits im All. Es gibt Projekte anderer Raumfahrzeuge dieser Art zur Lösung angewandter Probleme im Interesse des Militärs. Allerdings hat das Verteidigungsministerium noch nicht grünes Licht für die Produktion gegeben.
Die Pulverflaschen sind leer
Hat Russland ein Konzept für den Start und den Einsatz kleiner Raumfahrzeuge? Leider … Obwohl zum ersten Mal ein Vorschlag für die Verwendung des kleinen Raumfahrzeugs vorgelegt wurde, wiederholen wir dies vom ehemaligen Kommandeur der militärischen Weltraumstreitkräfte, Generaloberst Wladimir Ivanov. Seine Idee war, dass große Satelliten für die oberste Führung sind, die MCA für Truppengruppierungen. Es ist 20 Jahre her, aber das Konzept wurde nie umgesetzt. Wieso den?
Sonderfälle waren erforderlich. Insbesondere war eine Reihe kleiner Radargeräte unter dem Decknamen „Condor“geplant. Sie wurden nicht entwickelt. Jetzt befindet sich nur noch eines dieser Fahrzeuge im Orbit. Warum hat es nicht funktioniert? Weil es kontraproduktiv und falsch ist, große und kleine Raumschiffe zu bekämpfen. Sie sollen sich ergänzen. In Friedenszeiten werden Hochleistungsgeräte benötigt, um die Referenzdatenbanken zu bilden. MCA löst dieses Problem nicht. Und die Großen können. Früher, in einer besonderen Zeit, also vor dem Krieg, war nach den bestehenden Kanonen vorgesehen, die Orbitalgruppe auf Kosten der Raumfahrzeugmunition aufzubauen. Aber es existiert seit vielen Jahren nicht mehr, es gibt einfach nichts, um die Orbitalgruppe aufzufüllen. Allerdings sollte Munition vorhanden sein. Denn wenn es notwendig wird, die notwendigen Daten in die Flugkörperroutenkarten einzugeben, kommt es nicht mehr auf die Leistung an, sondern auf die Beobachtungshäufigkeit. Das Wachstum der Gruppierung setzt nicht nur eine Zunahme der Zahl der Apparate voraus: 20–25–30 … Dem kann keine Volkswirtschaft standhalten. Das bedeutet, dass die Menge genau berechnet werden muss. Eine Beobachtungszeit von zwei bis drei Stunden kommt der Militärabteilung entgegen.
Es ist notwendig, das Design so weit wie möglich zu vereinfachen, die Kosten der Produkte zu senken und dafür kommerzielle Angebote zu nutzen. Wie die Erfahrung lokaler Konflikte zeigt, dauert ihre Dauer von einer Woche bis zu einem Jahr. Dies bedeutet, dass die Dauer des aktiven Bestehens der MCA angemessen sein muss. Die Hauptsache ist, eine Situation zu verhindern, in der die Startbereitschaft erst durch das Ende der Feindseligkeiten sichergestellt wird.
Dies erfordert jedoch die Entwicklung eines entsprechenden Konzepts. Die Vorbereitungszeit für den Start solcher Geräte ab Erhalt des Befehls beträgt eine Woche. Aus Sicht der Entwickler wäre es ratsam:
- ein Konzept für den operativen Aufbau der Fähigkeiten der Orbitalkonstellation in einem besonderen Zeitraum unter Beibehaltung der Nutzlastanforderungen für diesen Standard zu erstellen (sie sollten sowohl für große als auch für kleine Raumfahrzeuge gelten);
- einheitliche Anforderungen an die Technologie der Herstellung von Raumfahrzeugen zu entwickeln, die ihre beschleunigte Freigabe gewährleisten;
- Schaffung einheitlicher Weltraumplattformen mit modularer Architektur und automatisierten Schnittstellen für eine beschleunigte Integration in Weltraumsysteme (damit alle Entwickler eine klare Vorstellung davon haben, wie und aus was wir das Gerät herstellen werden);
- Einführung russischer Schnittstellen, die das Funktionieren von Weltraumplattformen unter verschiedenen Bedingungen gewährleisten.
Schließlich wäre es richtig, eine Expertengemeinschaft mit Vertretern des Rüstungsindustriekomplexes und Bestellergremien zu versammeln, um in einem besonderen Zeitraum über den Einsatz einer solchen Mehrzweck-Gemeinschaftsgruppe von Raumfahrzeugen zu entscheiden.
Bis die oben genannten Ansätze umgesetzt sind, wird sich in Russlands Weltraumbahnen nichts Neues ergeben.
