Студенты о космосе: на страже Арктики

В августе малый спутник «UTMN» Тюменского государственного университета был выведен с космодрома Байконур на низкую околоземную орбиту вместе с 15 другими кубсатами проекта Space-π программы «Дежурный по планете» Фонда содействия инновациям. Бортовые камеры спутника «UTMN» исследуют потенциальные разливы нефти в Арктике и мониторят экологическую ситуацию в нефтедобывающем регионе. О том, как к этой работе удалось активно привлечь школьников, а также как при помощи второго кубсата ТюмГУ планирует помочь синоптикам делать самые точные предсказания, рассказал научный руководитель проекта, инженер-физик ООО «СИНЕСТ» Олег Тарасов.

— Олег Александрович, расскажите, как же выглядит «страж Арктики»? 

— Это наноспутник формата CubeSat 3U (30х10х10 см), разработанный на базе платформы ОрбиКрафт-Про («Спутникс»).

— Такой маленький?

— Да. При этом на нём установлены две камеры, а также маховики для стабилизации и балансировки положения всей конструкции в космосе, приёмник-передатчик для связи, аккумулятор и материнская плата. Камеры низкого и среднего разрешения в режиме реального времени передают фотоснимки, по которым эксперты могут оценить экологическую ситуацию в регионе. 

— Каким образом?

— Помимо очевидных показателей, таких как потенциальные разливы нефти, снимки помогут зафиксировать изменения цвета леса и тундры и любые другие видимые процессы, связанные с воздействиями на природу. Не секрет, что изменение экологии влияет даже на то, каких оттенков будет мох на местности. Тюмень исторически связана с изучением добычи углеводородов, мы всегда внимательно следим за качеством воздуха и окружающей среды. И для этого у нас есть прекрасная научная база.

— С момента запуска спутника прошло пять месяцев. Что уже удалось отследить при помощи спутника?

— Пока получены только тестовые фотографии. Никаких серьёзных изменений не зафиксировано. Это значит, что в регионе на данный момент стабильная экологическая обстановка. Но спутник будет летать несколько лет, прежде чем сойдет с орбиты и сгорит в атмосфере. За это время что-то может измениться.

— Работа со спутником предполагает постоянный контроль и управление его состоянием?

— Всё работает в автоматическом режиме. Мы проверяем, чтобы приборы показывали стандартные параметры, в остальном всё делает автоматика. Например, когда спутник пролетает над тёмной стороной Земли, он остывает и напряжение аккумулятора падает. Всем автолюбителям известна проблема запуска «замёрзшего» автомобиля зимой. Так вот нам удалось её решить в космосе (смеётся). Чтобы аккумулятор не вышел из строя, спутник оснащён датчиком температуры, по сигналу которого включается подогрев за счёт электроэнергии самого аккумулятора, накопленной солнечными панелями. Они расположены по всей внешней поверхности кубсата. Кстати, связь со спутником тоже автоматическая. И к тому же беспрерывная и доступная для радиолюбителей. Так что вы также можете отслеживать его параметры по телеметрии радиомаяка с помощью российских наземных станций или станций международной радиолюбительской сети SatNOGS.

— И всё же почему «UTMN»? Это какая-то аббревиатура?

— Это сокращенное название Тюменского государственного университета в переводе на английский – UTMN (University of Tуumen).

— Как ТюмГУ оказался в программе «Space-π»?

— У нас в университете действуют каникулярные многопрофильные «Учебно-научные школы ТюмГУ» для высокомотивированных старшеклассников. Одна из них посвящена прокачке навыков в области технического творчества, робототехники и IT-проектирования. Также есть творческая технологическая мастерская «Фаблаб ТюмГУ», где занимаются обучающиеся образовательной программы Центра по выявлению и поддержке талантливых учащихся Тюменской области ТюмГУ. Специально для этих детей мы придумали проект по созданию наноспутников для контроля за арктической экосистемой. С ним «Фаблаб ТюмГУ» участвовала в конкурсе Российского движения школьников «Открытый космос» и победила в федеральном конкурсе Российского института стратегических исследований и Фонда содействия инновациям Ивана Бортника «Дежурный по планете».

— Как именно школьники работают со спутником? Участвовали ли они в его разработке?

— У нас сложилась команда из 20 человек: два педагога, шесть студентов ТюмГУ и 12 школьников. Ребята очень талантливые. На этапе разработки они пробовали себя в роли космических инженеров и проводили эксперименты со спутником: изучали его состав, паяли провода, конструировали и программировали системы аппарата в Arduino IDE. Перед запуском проверяли технические моменты: работу маховиков, скорость нагрева аккумулятора, синхронизацию камер.

Сейчас с помощью компьютерных алгоритмов школьники обрабатывают снимки и анализируют данные. Поскольку спутник летит по низкой орбите (примерно 490 км от Земли), он движется с большой скоростью и быстро пролетает над нами – на связь буквально меньше минуты. За это короткое время нужно получить собранные с полезных нагрузок данные, задать новые команды и получить ответ. Работа скрупулезная и не быстрая. Студенты приходят на помощь младшим коллегам. Но приятно осознавать, что если совсем недавно запуск спутника казался мечтой (как в фильме «Гостья из будущего», где школьники везут свой спутник), то теперь это реальность. Это здорово.

— Но спутник однажды перестанет работать. Вы уже придумали, чем будете заниматься со школьниками дальше? 

— Когда-то я работал в областной физико-математической школе, и мы с учениками разработали дистанционный метод определения температуры воздушных масс по тепловизионным измерениям облаков. Благодаря тому, что молекулы воды хорошо поглощают и излучают инфракрасное (тепловое) излучение, наш метод имеет гораздо более высокую точность в сравнении с использованием традиционного метеозонда. Классический метеоприбор даёт только необходимый минимум сведений о температуре и других параметрах воздуха вдоль траектории его полёта. Мы же нашли способ оценить распределение температуры в слоях атмосферы, протяжённых на сотни квадратных километров. Так что теперь нацелены на запуск ещё одного малого космического аппарата - «ТюмСат2». Хотим поставить на него тепловизор, чтобы прямо с космоса измерять температуру самых верхних ярусов облаков и определять точную погоду.

— Будете помогать синоптикам?

— На днях обсуждали этот вопрос с местной метеослужбой.Им интересно наше предложение. В Арктике крайне неустойчивая погода, что связано с особенностью конвективного движения воздушных масс и обилием открытой воды (морей). Метеостанций здесь всегда было мало, а точность прогноза погоды - гораздо ниже, чем на континенте в средних широтах. Сейчас, когда появились государственные программы по развитию Северного морского пути и его инфраструктуры, точные метеопрогнозы как никогда важны. Так что с нашей помощью школьники будут делать не просто что-то интересное, а участвовать в решении важной государственной задачи.

Беседовала студентка 1 курса магистратуры программы «Научно-популярная журналистика» СПбГУ Алия Усманова.