[:ru]

Двухлопастный солнечный парус, развертываемый с помощью центробежных сил: 1 – концевая масса, 2 - катушка с намотанной светоотражающей лентой и электромагнитным тормозом, 3 – центральное тело, 4 – тонкоплёночный солнечный парус

Двухлопастный солнечный парус, развертываемый с помощью центробежных сил: 1 – концевая масса, 2 — катушка с намотанной светоотражающей лентой и электромагнитным тормозом, 3 – центральное тело, 4 – тонкоплёночный солнечный парус

«Парус-МГТУ» — научно-образовательный космический эксперимент на борту международной космической станции (МКС), в котором отрабатывается перспективная технология освоения космического пространства – солнечный парус.

Солнечный парус – это движитель, работающий на эффекте давления электромагнитного излучения Солнца. Он позволяет совершать межорбитальные и даже межпланетные перелёты без затрат рабочего тела (топлива).

Солнечный парус, отрабатываемый в проекте, является бескаркасной тонкоплёночной конструкцией, жёсткость которой обеспечивается за счёт вращения паруса вокруг оси симметрии. Предложена концепция двухлопастного роторного солнечного паруса, которая обладает рядом преимуществ по сравнению с другими типами солнечных парусов – простота, возможность сворачивания паруса и др.

Основная задача космического эксперимента – отработка технологии развёртывания солнечного паруса.

Для этого с борта Международной космической станции космонавтом с помощью специального пускового устройства запускается космический аппарат массой около 1 кг. После запуска на наноспутнике раскрывается солнечый парус, при этом осуществляется фотографирование его формы и регистрация другой научной информации. После раскрытия научные данные с использованием бортового радиопередатчика передаются в центр управления полётом малых космических аппаратов МГТУ им. Н.Э. Баумана.

Для запуска наноспутника космонавтом разработано специальное пусковое устройство, монтируемое на внешнюю поверхность МКС. Пусковое устройство обладает уникальной особенностью — обеспечиваются очень низкие (менее 0,5 º/с) поперечные угловые скорости наноспутника после отделения.

Схема запуска наноспутника с МКС

Схема запуска наноспутника с МКС

 

Макет наноспутника и основные характеристики

Макет наноспутника и основные характеристики

 

Внутренняя компоновка наноспутника

Внутренняя компоновка наноспутника

 

Пусковое устройство для запуска наноспутника космонавтов с МКС

Пусковое устройство для запуска наноспутника космонавтов с МКС

Текущее состояние

Опытный образец научной аппаратуры «Парус»

В настоящее время завершены проектно-конструкторские работы, проведена экспериментальная отработка — конструкторско доводочные испытания опытных образцов. Ведется изготовление летных образцов научной аппаратуры: пускового устройства и космического микроаппарата.

Работы по данному проекту проводятся в рамках долгосрочной программы научных и прикладных исследований на российском сегменте Международной космической станции и финансируются ГК «Роскосмос».

Образовательный эффект

Данный проект отличается значительной образовательной составляющей – все проектно-конструкторские работы, управление и организация работ осуществляются коллективом студентов и аспирантов МГТУ им. Н.Э. Баумана. Накопленные знания, документация, опыт, материальная часть используются для обогащения учебных курсов.

Внедрение и практическое использование результатов

Проект находится в стадии разработки, однако результаты, полученные в процессе разработки, уже были использованы:

  • для обогащения учебных курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана; в частности, введена новая дисциплина «Проектирование малых космических аппаратов», основанная на опыте, полученном в процессе разработки КЭ;
  • для повышения квалификации преподавательского состава МГТУ им. Н.Э. Баумана, разнообразия тем курсовых и дипломных проектов.
  • для разработки студентами МГТУ им. Н.Э. Баумана унифицированного модуля двухлопастного солнечного паруса «Одуванчик», соответствующего стандарту «CubeSat»; данная разработка в 2016 г была удостоена первой премии на международных студенческих соревнованиях SSIDC.
  • подготовлена к защите одна кандидатская диссертация.

Разрабатываемая технология двухлопастного роторного солнечного паруса может быть использована в коммерческих целях для создания наноспутниковых низкоорбитальных группировок (аналог: PlanetLab) благодаря возможности построения группировок на орбитах выше 500 км, где разведение аппаратов за счёт изменения ориентации аппарата несферической формы (что используется PlanetLab) перестаёт существенно влиять на параметры орбиты из-за резкого падения плотности атмосферы. Применение же орбитальных группировок с высотой орбиты более 500 км позволит значительно повысить баллистический срок жизни наноспутников (до 5 и более лет).

Также данная технология может быть использована в коммерческих целях для принудительного пассивного (не требующего управления) сведения нано- и микроспутников с орбиты после окончания срока службы.

 [:en]

Two bladed rotary solar sail, deploying by centrifugal forces: 1 – tip mass, 2 — bobbin with tape, 3 – satellite “body”, 4 – thin-film solar sail

Two bladed rotary solar sail, deploying by centrifugal forces: 1 – tip mass, 2 — bobbin with tape,
3 – satellite “body”, 4 – thin-film solar sail

«BMSTU-Sail» — scientific and educational space experiment on board the International Space Station (ISS). The perspective technology of space exploration – solar sail — develops in this project.

The solar sail is a propulsion device working on the effect of the electromagnetic Sun radiation pressure. It allows to make interorbital and even interplanetary flights without the working mass (fuel).

The solar sail, developed in the project, is a frameless thin-film structure, its rigidity is provided by the rotation of the sail around the symmetry axis. The concept of two-bladed rotary solar sail has several advantages over other types of solar sails structures – simplicity, the possibility of multiple folding and deploying.

The main goal of the “BMSTU-Sail” experiment is testing of the solar sail deploying technology.

For this purpose, a cosmonaut using a special launch pod launch the CubeSat mass of 1 kg from the International Space Station. After the nanosatellite launch the solar sail deploys. During the deploying process the behavior of the sail is photographed and other scientific information is registered. At the end data, using the onboard communication system, are transmitted to the mission control center in Bauman Moscow State Technical University (BMSTU).

For nanosatellite launch by the cosmonaut a special launch device, mounted on the ISS, was developed. The launch pad has an unique feature – providing very low (less than 0.5 º/s) angular velocity of the nanosatellite after separation.

The scheme of the BMSTU-Sail launch from the ISS

 

Mock-up of the nanosatellite and its main characteristics

 

BMSTU-Sail internal design

 

Nanosatellite launch pod

Current status of the project

At present, design work has been completed. Now prototypes are being manufactured.

This project is part of a long-term program of scientific and applied research in the Russian segment of the International Space Station. Experiment is financed by Roscosmos.

Educational effect

This project has a significant educational component – all design work, management and organization of work carried out by a team of students and graduate students of BMSTU. The accumulated knowledge, documentation, experience, equipment are used in the educational courses.

Implementation and practical use of the results

The project is under development, but the results obtained in the development process have already been used:

  • improvement of the educational courses in the BMSTU; New course «Design of small spacecrafts» is done, based on the experience obtained during the development of the nanosatellite;
  • improvement of the BMSTU teachers skills and new topics for course and diploma projects.
  • development of the two-blade solar sail unit for CubeSat constellation formation; This development was awarded first prize at the international student competitions SSIDC in 2016, Harbin, China.
  • one PhD thesis was successfully defended

The development technology of two-bladed rotary solar sail can be used for commercial purposes: for creation nanosatellite low-orbital constellation (analog: PlanetLab) higher than 500 km, where orientation change (for the non-spherical sat form) stops to significantly effect on the orbit parameters because of the drop of the atmosphere density. The usage of orbital constellation with an orbit higher than 500 km will significantly increase the ballistic life time of the nanosatellites (up to 5 years or more).

Also, this technology can be used for commercial purposes for passive (non — control) deorbiting the waste nano- and microsatellites.

[:]