Не успело в мире науки умолкнуть эхо революционного открытия в области применения молибдена, как Федеральная политехническая школа Лозанны снова оказалась в центре внимания общественности. И снова – благодаря своим заслугам в сфере нанотехнологий.
Европейское космическое агентство (ESA) выбрало инженеров EPFL для разработки антенн к своим спутникам нового поколения. Наноспутники – будущее коммуникационных технологий и огромный шаг вперед в исследовании космоса – в науке не новость. НАСА запустило миниатюрный космический аппарат, проект которого представила пять лет назад, в декабре прошлого года и, по последним сообщениям, уже успела потерять микроспутник в волнах межпланетного пространства. Япония и Израиль планируют запустить свои наноспутники на орбиту в ближайшее время.
Одним из самых главных и одновременно сложных компонентов космических аппаратов нового поколения является их система связи: антенна для наноспутника, мощное устройство на минимальной поверхности, – технологический вызов инженерам. Европейское космическое агентство организовало конкурс на разработку антенны наноспутника, пальма первенства которого отправилась на берега Женевского озера.
Антенна, соблазнившая ESA, - плод сотрудничества трех исследовательских лабораторий Федеральной политехнической школы Лозанны: Лаборатории электромагнитных технологий и акустики (LEMA), предприятия JAST Научного парка EPFL, специализирующегося на спутниковой связи, и Центра космических технологий (Space Center), в котором над проектом работал российский физик, Антон Иванов.
Тенденция создавать все более миниатюрные и эффективные объекты, заметная практически во всех областях современной техники, наблюдается и в отношении к спутникам. Эпоха монстров, превышающих по весу 1000 килограммов, необыкновенно дорогих в разработке и эксплуатации, видимо, осталась далеко позади. Им на смену приходит новое поколение спутников – легкие, экономные в расходе энергии, маленькие и высокоманевренные аппараты. Обычно их подразделяют на три категории: микроспутники, весом от 10 до 100 килограммов, наноспутники – от 1 до 10 кг и пикоспутники (менее одного килограмма).
Проект ESA касается спутников второй категории. Аппарат весом около 10 килограммов имеет форму кубика с ребром 25 сантиметров, чем качественно отличается от «парусных» разработок НАСА и Японского космического агентства. Придумать для такого спутника соответствующую антенну – с заданной частотой 2-3 гигагерца и способную работать в двух радионавигационных системах, полностью или частично охватывая пространство, - настоящая головоломка для ученых.
Разработка EPFL для ESA подразумевает создание плоской антенны, интегрированной на поверхность спутника. Таким образом, антенна не создает дополнительного трения и не препятствует перемещению спутника: аппарат остается компактным и маневренным во время фазы запуска.
Инженерам EPFL понадобилось полтора года работы, чтобы продумать проект во всех деталях и испытать. Под руководством Хуана Мозига и Габриэля Розати из Лаборатории LEMA, Стефано Ваккаро и Хосе Падийа из компании JAST и Антона Иванова, научного сотрудника Space Center, команда исследователей пришла к неожиданному решению, сумев выполнить все требования Европейского космического агентства к антенне. Инженеры использовали четыре из шести граней кубического спутника и обеспечили удобную систему переключения между всенаправленной азимутной радионавигационной системой и секторной.
Прототип устройства был создан учеными Лаборатории электромагнитных технологий и акустики, затем антенны были разработаны и изготовлены на предприятии JAST. Наконец, аппараты прошли испытания в безэховой камере, не отражающей радиоволны.
Европейское космическое агентство делает большую ставку на наноспутники. Благодаря небольшому весу, их производство и запуск обходятся гораздо дешевле, и устройства могут выполнять несколько предназначений. Во-первых, наноспутники по размеру идеально подходят для того, чтобы оставаться на орбите и наблюдать за нашей планетой – географией океанических течений, изменениями температуры, концентрацией загрязнений в атмосфере. Во-вторых, компактные устройства открывают новые возможности в сфере телекоммуникаций. Кроме того, их можно направить на одно из космических тел, например, с целью изучения экзопланет. Наноспутник годится даже для экспедиции к Марсу и в еще более отдаленные уголки космического пространства.
