Формирование требований к сверхнизкоорбитальному малому космическому аппарату дистанционного зондирования Земли

В настоящее время наблюдается растущий интерес к использованию сверхнизких околоземных орбит (СНОО) высотой 100-350 км для решения задач дистанционного зондирования Земли. Основными преимуществами СНОО являются увеличение пространственного разрешения оптической аппаратуры при аналогичных технических характеристиках, улучшение отношения сигнал/шум для радиолокационных систем, возможность уменьшения массы и габаритов космического аппарата при сохранении заданных характеристик целевой аппаратуры. Коммерческий, экономический и экологический потенциалы СНОО требуют комплексного подхода к изучению и возобновления разработок космических аппаратов для эффективного функционирования на данных орбитах.
Проведенный сравнительный анализ космических аппаратов на низких (НОО) и сверхнизких околоземных орбитах показал, что спутники на СНОО демонстрируют превосходящие показатели разрешающей способности на пиксель при сопоставимой массе. Среди аппаратов на НОО только спутники WorldView-4, WorldView-1 и GeoEye-1 способны конкурировать с космическими аппаратами на СНОО по разрешающей способности, однако их масса значительно превышает массу аппаратов на СНОО. Основными недостатками эксплуатации космических аппаратов на сверхнизких орбитах являются: воздействие остаточной атмосферы и большое аэродинамическое сопротивление, необходимость двигательной установки для поддержания орбиты, повышенный расход топлива, малый срок активного существования.
Целью работы является формирование комплекса технических требований к сверхнизкоорбитальному малому космическому аппарату (МКА) дистанционного зондирования Земли, способному обеспечить штатное функционирование в условиях СНОО с высокими характеристиками пространственного разрешения при использовании гиперспектральной аппаратуры наблюдения.
В работе решаются следующие задачи: формирование тактико-технических требований к малому космическому аппарату формата CubeSat для работы на СНОО; постановка математической задачи оптимизации проектных решений; сравнение разрабатываемого аппарата с существующими аналогами.
В результате исследования сформирован комплекс тактико-технических требований для малого космического аппарата формата CubeSat 8U: диапазон рабочих орбит 200-300 км, масса не более 15 кг без топлива, объем под полезную нагрузку не менее 2U, режим ориентации с минимальной площадью миделя, погрешность ориентации не более 30', срок активного существования не менее 3 месяцев. Постановка оптимизационной задачи включает минимизацию пространственного разрешения, массы двигательной установки, потребляемой мощности и стоимости при максимизации времени работы аппаратуры, полосы обзора и срока активного существования. Сравнение с МКА-аналогами ИСОИ, Colibri-S и HyperView-1G показало возможность достижения пространственного разрешения 3,00-4,00 м при фокусном расстоянии 300 мм, что превосходит характеристики существующих аппаратов за счет использования более низкой орбиты функционирования.