Небеса с молотка. В погоне за ближним космосом - Эшли Вэнс

К тому же единая архитектура позволяла тем использовать готовые наработки предшественников – такие как информация о солнечных батареях, электронике, датчиках и прочих компонентах, наилучшим образом зарекомендовавших себя, – а не проектировать всякий раз мини-спутник с нуля для своего университета, да и межуниверситетский обмен опытом вполне работал.

Конструировать PhoneSat было решено на основе смартфона Nexus One производства тайваньской HTC ценой 300 долларов, поместив его в центре шасси и окружив периферийными датчиками и компонентами, призванными обеспечить работу смартфона в течение примерно десяти суток; ключевыми были двенадцать литий-ионных батарей, радиопередатчик (также серийного производства) и отдельный микроконтроллер для мониторинга статуса смартфона и отправки ему в случае зависания сигнала на перезагрузку. Встроенные акселерометр и магнитометр смартфона обеспечивали регистрацию всех необходимых данных о движении спутника, а для полноты картины были добавлены выносные термометрические датчики. Кроме того, команда PhoneSat написала кое-какие программки для выдачи смартфону команд на фотосъемку и для отбраковки неудачных снимков, с тем чтобы на Землю по каналу радиосвязи отправлялись лишь самые лучшие фото.

Путь от первых бумажных эскизов до работающего устройства занял около полутора лет. На начальном этапе проектирования и тестирования прототипа инженерам нужно было досконально проверить все компоненты PhoneSat на предмет способности выдержать перепады давления и температуры, а также способность радиопередатчика передавать сигнал на достаточные расстояния. Эти работы по большей части велись в лабораториях НАСА, хотя некоторые эксперименты молодым ученым приходилось ставить на местности. Скажем, разделившись на две группы, они поднимались на далеко отстоящие друг от друга горы и проверяли связь между передатчиком PhoneSat и принимающими устройствами.

«Тестировали мы этот телефон и на работу в вакууме при разных температурах, – сказал Бошхаузен. – Работал себе как ни в чем не бывало. Сейчас это кажется само собой разумеющимся, а тогда у нас не было никаких оснований полагать, что при каких-то жестких режимах или перепадах он не сдохнет с концами. От этого и приходилось отталкиваться».

К середине 2011 года команда PhoneSat разработала следующий эксперимент: спутник в сборе подвесили к метеозонду, и тот поднял его на высоту порядка 30 км. При этом испытании они впервые столкнулись с серьезными проблемами. При аномально низких температурах смартфон самопроизвольно выключился. На низкой околоземной орбите значительно теплее, чем в ветреных верхних слоях атмосферы[49], но инженеры решили подстраховаться и добавить в конструкцию термоизоляционный кожух для смартфона[50].

Пока инженеры PhoneSat месяцами доводили свой спутник до ума, победное шествие потребительской электроники продолжалось и на рынке появлялись всё новые модели смартфонов с процессорами пошустрее и датчиками получше. Бошхаузен задружился с парой человек в Android, смартфонном подразделении Google, и те стали притаскивать в Эймс все новейшие модели, с тем чтобы команда PhoneSat их испытала на предмет готовности к космическим нагрузкам[51]. Пока суд да дело, появлялись и литий-ионные аккумуляторы, и солнечные батареи, сулившие разработчикам PhoneSat перспективы многократного продления продолжительности миссий их детищ, и сами смартфоны становились всё умнее и мощнее и были способны поддерживать всё более изощренные программы.

Строителей малых спутников в ту пору было не так уж много. Среди имеющихся же тогда вошло в моду сочленять воедино три модуля CubeSat. К примеру, один кубик – под батареи, второй – под электронику, а третий – под научную аппаратуру или еще что-то, ради чего его, собственно, и строили. Хотя создавались эти малые спутники обычно университетскими командами, привыкшими на всем экономить, в этом случае они почему-то расщедрились и в результате задали тенденцию к резкому удорожанию подобных проектов. А дело было в том, что люди по-прежнему свято верили: нужно использовать печатные платы, микросхемы и прочую начинку сугубо «космического класса» (по маркировке), то есть некогда там, в космосе, себя зарекомендовавшую; а то, что на орбите эти платы и электроника были обкатаны лет десять – пятнадцать назад и с тех пор успели безнадежно устареть, никому почему-то в голову не приходило, в результате чего маркировка «космического класса» обычно была синонимом наихудшего соотношения «производительность/цена».

Команда PhoneSat тем временем продолжала гнуть свою линию, твердо намереваясь раздвинуть пределы возможного. Во втором прототипе инженеры решили отказаться не только от термоизоляции, но и от самого корпуса смартфона, оставив от него голую главную плату. И вместо кучи вспомогательных вычислительных систем, занимавших чуть ли не всё нутро куба, им удалось ограничиться одной платой, поддерживавшей все те же функции. Высвободившееся пространство инженеры начинили всем, что требовалось для создания мощнейшего в истории одномодульного спутника габаритов CubeSat.

Первая версия PhoneSat проектировалась просто для того, чтобы аппарат проработал на орбите несколько дней, передавая на землю данные о своем состоянии и отдельные фото, покуда не иссякнет заряд аккумуляторных батарей. Но прогресс, достигнутый ко второй версии, открывал новые возможности. Снаружи к кубу приладили панели солнечных батарей, а на высвободившееся из-под лишних аккумуляторов место внутри поместили более мощный радиопередатчик и компоненты более совершенной системы пространственной ориентации, коррекции и стабилизации положения спутника на орбите. Если первый PhoneSat служил по большей части доказательством самой возможности реализации концепции, то второй был предназначен для реальной работы, дабы убедить людей в своей пригодности и нужности.

Прогнав новую конструкцию через весь положенный цикл испытаний, Маршалл и Бошхаузен поняли, что пора выходить из подполья и придавать проекту PhoneSat статус официального. Если они хотели отправить свои аппараты на низкую околоземную орбиту на настоящей ракете, на это были нужны реальные деньги, а получить их можно было, только переведя кустарную разработку в категорию «Миссия НАСА» (почему-то у них там принято писать именно так, с заглавной М).

Без закулисной поддержки Пита Уордена, как нетрудно догадаться, проект PhoneSat просто не состоялся бы. Он его и санкционировал без лишних вопросов, и помещение под лабораторию подальше от любопытных глаз выделил. Он понятия не имел, выйдет ли из затеи с PhoneSat что-то стоящее, но она была дерзким шагом в направлении удешевления спутников, в необходимости которого он десятилетиями пытался убедить правительство. Никто из старожилов НАСА палец о палец бы не ударил ради столь банального на первый взгляд проекта с микроскопическим бюджетом. «Детки Пита», однако, смотрели на технологии свежим взглядом и под новым углом. Это было именно то, ради чего Уорден и призвал в Центр Эймса НАСА молодежь.

Когда Маршалл и Бошхаузен доложили ему о готовности трех спутников к запуску, Пит принялся звонить кому нужно, чтобы подыскать им место на какой-нибудь ракете-носителе, отправляемой в ближайшее время (благо суммарный вес трех PhoneSat не превышал четырех килограммов), параллельно изыскивая свободные деньги на оплату. Через знакомых