«Тяньчжи» и другие

20 ноября 2018 г. в 07:40:04.462 пекинского времени (19 ноября в 23:40:04 UTC) с пусковой установки №94 Центра космических запусков Цзюцюань ракетой «Чанчжэн-2D» (CZ-2D №Y28) были запущены аппарат «Шиянь-6» и четыре попутных малых спутника. Все они были успешно выведены на солнечно-синхронные орбиты терминаторного типа с прохождением нисходящего узла в 06:00 местного времени.

Номера и международные обозначения, присвоенные спутникам в каталоге существовавшего тогда Стратегического командования США, а также начальные параметры их орбит, рассчитанные по упрощенному алгоритму, приведены в таблице. 

Наименование	Номер	Межд. обозн.	Параметры орбиты
			i	Hp, км	Ha, км	P, мин
Шиянь-6	43711	2018-094B	97.41°	488.7	504.0	94.540
Тяньчжи-1	43710	2018-094A	97.41°	487.8	504.3	94.534
Цзядин-1	43713	2018-094D	97.41°	486.8	504.6	94.526
Тяньпин-1A	43712	2018-094C	97.41°	488.3	504.8	94.545
Тяньпин-1B	43714	2018-094E	97.41°	488.7	503.9	94.539

 

Назначение основного КА не было установлено сразу после запуска, но к настоящему времени стало ясно, что «Шиянь-6», он же «Чуансинь-3A» №01, предназначен для наблюдения космических объектов с орбиты в интересах китайской системы контроля космического пространства (https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/74844.html). Сосредоточимся поэтому на остальных четырех КА.

Наиболее интересным и даже революционным в этом запуске был «Тяньчжи-1» (天智一号), созданный в рамках проекта Китайской АН. Головной организацией по проекту была Лаборатория космических интегрированных информационных систем Института программного обеспечения. Сам спутник сделали в Инновационной исследовательской академии микроспутников Китайской АН при участии Института оптоэлектроники и Сианьского института оптики и точной механики, а также 771-го института Китайской корпорации космической науки и техники CASC. Работала над ним очень молодая команда: средний возраст создателей КА составил 34 года.

Полное китайское наименование КА выглядит как 天基智能云计算试验卫星 (тяньцзи чжинэн юнь цзисуань шиянь вэйсин, космический умный экспериментальный спутник с облачными вычислениями). Сокращенное название 天智 можно перевести и отдельно – получится «небесная мудрость».

«Тяньчжи-1» – это высокоинтегрированный и дешевый «программно-определяемый» аппарат с мощными бортовыми средствами обработки информации, задачи которого можно изменять в ходе полета путем загрузки специализированного программного обеспечения. Концепцию такого спутника предложили в октябре 2014 г. Ли Лэй (李磊), Сюй Фаньцзян (徐帆江) и Чжао Цзюньсо (赵军锁), но она не сразу получила поддержку. Лишь в октябре 2016 г. был основан соответствующий проект, в январе 2017 г. прошла конференция по планированию, в июне объявлен открытый конкурс прикладных программ, а в сентябре того же года представителями участвующих организаций был создан Технологический альянс программно-определяемых спутников. Первым итогом этой работы стал запуск и опытная эксплуатация первого в мире программно-определяемого КА.

Аппарат массой 27 кг создан на платформе WN5000. Его основой является космическая облачная четырехпроцессорная вычислительная платформа 771-го института с низким энергопотреблением и высокой вычислительной мощностью, которая поддерживает подключаемые по принципу plug-and-play полезные нагрузки и загружаемое прикладное программное обеспечение и распределяет необходимым образом вычислительные средства. На борту также имеются камера высокого разрешения Сианьского института оптики и точной механики, четыре обзорных камеры на базе усиленных смартфонов и система измерений и управления типа AX100 в пяти отдельных модулях. Полезная нагрузка способна вести съемку в видимом диапазоне, хранение и обмен большим объемом данных, их параллельную обработку. Радиообмен с Землей осуществляется в УКВ-диапазоне.

В зависимости от загруженных и запущенных приложений аппарат может выполнять различные задачи. Он достаточно «разумен» для того, чтобы самостоятельно выбирать оптимальный режим и параметры в зависимости от снимаемого объекта и вести обработку данных на борту с обнаружением и идентификацией отснятых объектов и передачей на Землю результатов обработки по потребности. Второй особенностью является открытая архитектура, которая поощряет третьих лиц создавать бортовое ПО и загружать его на борт. Наконец публике обещан доступ к КА через приложение на мобильном телефоне, включая проверку его состояния и даже управление спутником с целью выполнения различных задач («сфотографируй мой дом из космоса») в то время, когда он «простаивает».

Таким образом, целью орбитального эксперимента является отработка технологии создания программного обеспечения с открытым кодом и миграции его на спутники на платформе Android. Разработчики хотели бы «разорвать» зависимость между конкретной моделью спутника и созданным для него ПО и получить на выходе своего рода «магазин приложений» от различных софтверных фирм, которые смогут использовать как государственные, так и коммерческие пользователи. Если на смартфон можно загрузить разные приложения для работы с камерой, то почему нельзя сделать то же самое со спутником?

Практическая работа «Тяньчжи-1» проходила следующим образом. Два предустановленных приложения – «Съемка разделения с носителем» и «Съемка Земли» – были опробованы уже в первой фазе испытаний к началу декабря 2018 г. с положительным результатом. К 24 марта был продемонстрирован алгоритм обнаружения облачности и оценки качества изображений, с включением которого объемы передаваемой информации сократились на 72%.

В период с 7 января по 17 марта 2019 г. состоялись тесты навигационного приложения Сианьского центра измерений и управления КА, позволяющего спутнику определять собственную орбиту по данным глобальных спутниковых навигационных систем GNSS и прогнозировать ее по этим данным, а при невозможности использования информации GNSS – инициировать запрос высокоточной орбитальной информации у Земли. Тесты показали, что аппарат определяет свое местоположение с точностью лучше 300 м и прогнозирует с погрешностью не более 500 м при прогнозе на трое суток и 1000 м – на семь.

В середине января 2019 г. на «Тяньчжи-1» успешно испытали алгоритм обмена ключами против атаки с квантовыми вычислениями.

Опробованы были также приложения по оценке значимости снимков и по обнаружении движущихся целей из космоса. Самым, пожалуй, интересным было приложение «Оповещение о статусе от КА на ГСО», известное также как «Тяньчжи – Хоянь» (天智火眼). Учитывая, что «Хоянь» – имя китайских КА предупреждения о ракетном нападении, первый из которых был выведен на геостационар в январе 2017 г., можно догадаться, о каких именно целях оно оповещало «Тяньчжи-1».

Предварительные итоги работы подводились на втором форуме Альянса, состоявшемся в июле 2019 г. К этому времени количество проведенных тестов с загрузкой приложений на борт «Тяньчжи-1» перевалило за 10. Сам спутник формально превысил свой 6-месячный ресурс, но специалисты заявили, что он сможет проработать около двух лет.

«Тяньчжи-1» – первый аппарат в серии «Тяньчжи синъюнь» (天智星云; синъюнь переводится как звездное облако или туманность), он предназначен для верификации заложенных технических решений. Главным конструктором всей серии является Чжао Цзюньсо из Института программного обеспечения, он же генеральный секретарь Альянса; научный руководитель программы – Ли Лэй. Конечной целью программы является создание «умного спутника», для которого эта характеристика распространяется на съемку, связь и управление, а автономность – на навигацию, терморегулирование, организацию работы, диагностику ошибок и восстановление системы без вмешательства Земли.

После запуска сообщалось, что в течение следующих 5-8 лет в рамках программы будет реализовано еще девять проектов (до «Тяньчжи-10» включительно) и запущено в общей сложности 17 спутников.

Спутник «Тяньчжи-2» уже был в разработке, и его предполагалось запустить во 2-й половине 2019 г., но этого не произошло до настоящего времени. Зато известно, что второй аппарат серии будет основан на суперкомпьютерной платформе в 10 раз более производительной, чем на «Тяньчжи-1», а оптическая система будет включать 8 мультиспектральных камер, 3 панхроматические камеры и один широкопольный инфракрасный датчик горизонта. Бортовое загружаемое и корректируемое ПО позволит вести мультиспектральную съемку, стереосъемку, съемку с цифровым суперразрешением, фиксировать камеры на конкретном объекте, обнаруживать и отслеживать цели. На аппарате будет установлена подсистема ретрансляции данных в диапазоне Ku через геостационарный спутник «Чжунсин-6A» в позиции 125°в.д. с использованием компактной фазированной антенной решетки с пропускной способностью 32 кбит/с в одну сторону и 128 кбит/с в другую.

Имя «Тяньчжи-3» присвоено целой группировке из пяти спутников, которые смогут вести трехмерную съемку в любое время и в любой точке мира, а четырех из них достаточно для детальной стереосъемки в межполярной области. Координированную работу пяти спутников обеспечит связь уровня 5G. В конце 2019 г. эта концепция находилась в стадии обоснования.

«Цзядин-1» (嘉定一号) стал первым спутником частной Шанхайской космической научно-технической компании «Оукэ вэй», но путь ее к этому рубежу был непрост и непрям. Компания была основана в июне 2014 г. совместным решением Шанхайского комитета по науке и технике и Китайской академии наук с целью осуществления коммерческих космических разработок. Фактически это было дочернее предприятие Шанхайского инженерного центра микроспутников (ныне Инновационная исследовательская академия микроспутников), откуда перевели часть сотрудников, а председателем совета директоров новой фирмы был назначен Лян Сюйвэнь (梁旭文), одновременно занимавший пост заместителя директора головного предприятия. Вторым учредителем была компания «Орбита» из Чжухая. В качестве товарного знака фирмы выбрали англоязычное SpaceOK, которое в китайской транскрипции превратилось в 欧科 (оукэ), а затем дополнили его указаниями на местонахождение, профиль (вэй – микро, хантянь – космос) и организационно-правовую форму. Поучилось 上海欧科微航天科技有限公司, шанхай оукэ вэй хантянь кэцзи юсянь гунсы.

Свои первые изделия «Оукэ вэй» сделала для спутников родительской фирмы. Ее бортовыми модулями мультиплексирования и передачи данных с пропускной способностью до 500 Мбит/с были оснащены все 18 запущенных начиная с сентября 2017 г. и до настоящего времени низкоорбитальных аппаратов электромагнитной разведки «Яогань-30» (да, буквально так и написано на сайте SpaceOK!), а блоки глобального обмена текстовыми сообщениями были установлены на шести среднеорбитальных спутниках навигационно-связной системы «Бэйдоу» 3-го этапа (запуски 25.08.2018, 15.10.2018 и 23.11.2019).

На протяжении 2014-2017 гг. фирма вела проектирование, изготовление и наземную отработку первых двух экспериментальных спутников для «Орбиты» (в китайской транскрипции с английского – «Оубитэ») с обозначениями OKW-1 и OKW-2. Запуски были назначены на конец 2017 и лето 2018 г. на коммерческих носителях KZ-11, по итогам испытаний планировалось развертывание группировки из 64 спутников межмашинного (M2M) обмена информацией. Однако в июле 2017 г. «Орбита» вышла из акционерного капитала шанхайской фирмы, и «Оукэ вэй» пришлось отказаться от запуска этих КА и искать для разработанной платформы другое применение.

В ноябре 2017 г. компания сообщила о разработке спутника «Цзядин-1», получившем свое название от места расположения офиса фирмы в поселке Наньсян округа Цзядин в Шанхае. Аппарат выполнен на платформе OKW-Sat-50 и имеет стартовую массу 45 кг при размерах 40x50x60 см. Судя по снимкам, спутник запитан от двух откидных панелей солнечных батарей, дающих до 75 Вт мощности, и имеет на надирной стороне две плоские антенны типа «фазированная решетка» для радиообмена с пользователями. Расчетный срок службы КА – три года, его стоимость не превышает 10 млн юаней (1.5 млн $).

«Цзядин-1» заявлен как первый спутник низкоорбитальной группировки «Сянъюнь» (翔云) для «интернета вещей» поколения «плюс» и для персональной низкоскоростной связи в море, в воздухе и в отдаленных районах до 65° широты с бесшовным глобальным покрытием. Заказчик системы не был назван, но фирма прозрачно намекнула, что «Цзядин-1» – первый в Китае спутник, созданный на началах военно-гражданского сотрудничества.

Изготовление и испытания КА завершились 9 октября, а 2 ноября он был принят комиссией Государственного управления оборонной науки, техники и промышленности. На одной из стенок корпуса расписались все 77 сотрудников SpaceOK, участвовавшие в его создании.

20 ноября 2018 г. в 09:17, в начале второго витка, телеметрия со спутника была принята наземной станцией в Синьцзяне. По итогам первого года эксплуатации разработчик сообщил о штатной работе КА и соответствии его полезной нагрузки предъявленным требованиям. В то же время заявленные в июне 2018 г. сроки – три спутника с полезной нагрузкой ANC-GEEDS в первую плоскость системы в первой половине 2019 г. и еще три группы КА до конца 2020 г. – явно сорваны. Сейчас SpaceOK обещает провести второй запуск в 2020 г. и развернуть систему в 2022 г. Всего в полной группировке должно быть 28 спутников.

Наземную инфраструктуру SpaceOK создает совместно с Пекинской научно-технической компанией «Синьтун Чжилянь».

Два аппарата «Тяньпин-1» созданы Шэньчжэньской аэрокосмической высокотехнологической компанией «Дунфанхун» на собственной микронаноспутниковой платформе массой порядка 20 кг и предназначены для калибровки наземных средств слежения и управления, имитируя типовые отражательные характеристики и типовые режимы ориентации на орбите.

Оба КА имеют корпус в виде шестиугольной призмы с тремя панелями солнечных батарей. Аппарат 1A, который служит для калибровки наземных радиолокаторов, имеет на одном обращенном к Земле конце сферический элемент, а на другом – звездный датчик. (Здорово, конечно, но динамика такого изделия существенно отличается от поведения «чистой» сферы.) Спутник 1B несет группу приемоответчиков Сианьского отделения CAST, с которыми могут взаимодействовать наземные средства слежения и управления, работающие в разных диапазонах.

Оба КА способны также определять и прогнозировать свои орбиты по сигналам глобальных навигационных спутниковых систем и отслеживать их работу.