Уникальный спутник МИЭТа с микроскопом на борту помогает исследовать космическую пыль

Борис Логинов более 20 лет руководит научно-исследовательской лабораторией атомной модификации и анализа поверхности полупроводников МИЭТ, а также отделом приборостроения в АО «Завод-ПРОТОН», где производит разработанные им сканирующие зондовые микроскопы марки СММ-2000 для самых различных, и порой уникальных для всего мира применений. В горячих и перчаточных камерах атомных реакторов в условиях радиации; внутри термоядерного реактора ТОКАМАК при температурах в миллионы градусов; в руках пытливых школьников, разбирающих эти микроскопы до винтиков для понимания их устройства и собирающих их успешно обратно — на такие опасные применения пока даже не решаются больше никакие зондовые микроскопы во всём мире, при этом микроскопы СММ-2000 работают так уже более десятка лет.

Однако этим дело не ограничивается, сейчас эти микроскопы СММ-2000 стали первыми в мире зондовыми микроскопами, работающими в автономном режиме в космосе, и на это изобретение зарегистрирован патент с мировым приоритетом до 2041 года. В спутнике «Нанозонд-1» формата CubeSat-3U (Кубсат) уже более полутора лет успешно работает первый такой космический микроскоп, и уже сделан для запуска следующий. Совместно с образовательным центром «Сириус» и Орловским государственным университетом им. И. С. Тургенева буквально тысячи школьников и сотни преподавателей, обучившись работе на земных версиях микроскопов СММ-2000, подключаются к исследованиям на них в космосе.

Мы обсудили Борисом Логиновым особенности полезной нагрузки готовящего вскорости к запуску МИЭТом нового спутника — Кубсата.

— Что такое Кубсат и его полезная нагрузка?

— Кубсат формата 3U — это небольшой спутник размером 30х10x10 см, внутри шасси которого расположены аккумуляторы, плата питания, компьютерная плата и плата приёмопередатчика с антенной. Снаружи почти все поверхности спутника — это солнечные батареи. Всё это вместе называется «платформа» и представляет собой базу спутника. В эту «платформу» внутрь внедряется какой-либо аппарат с какой-то функцией, и он называется «полезная нагрузка». «Полезная нагрузка», как правило, что-то исследует в космосе, отправляет данные в компьютер «платформы», а тот через приёмопередатчик отправляет их на Землю — ведь спутник, как правило, в итоге через пару лет сгорает, снизившись до плотных слоёв атмосферы. Таким образом, «полезная нагрузка» определяет функционал спутника в целом.

— Какая полезная нагрузка планируется к отправке в космос в новом спутнике МИЭТа?

— Она будет комбинированной и состоять из космического зондового микроскопа, а также радиомодуля. О важной роли радиомодуля вам расскажут сотрудники лаборатории кафедры «Телекоммуникационные системы» МИЭТ, создающие его. А вот о втором «первом в мире» космическом зондовом микроскопе СММ-2000, который будет частью этой полезной нагрузки, я могу сказать, что специально, для преемственности космических исследований, он представляет собой почти полную копию «первого в мире» работающего в космосе микроскопа, лишь с небольшими доработками, позволяющими не пропускать ту небольшую информацию о частицах космической пыли, которую пропускает первый космический микроскоп. Кстати, эти доработки были выполнены нами с участием одарённых школьников не только из России, но и со всего мира, в образовательном центре «Сириус» за два предыдущих года.

— Расскажите о проекте «Нанозонд»?

Начну с истории. На одном из семинаров в образовательном центре «Сириус» в начале 2020 года был удивительный доклад, где рассказывалось о новом типе спутников «Кубсат» и говорилось о финансовой доступности их изготовления и отправки в космос. С нашей стороны, мы уже много лет работали с весьма трудно доставлявшимися с орбиты к нам на исследования образцами с обшивки космической станции «МИР», и знали проблемы появления в космосе пыли от столкновения потерявших управление множества спутников, а также проблемы стойкости материалов, используемых для построения космических кораблей, к различным опасным воздействиям открытого космоса. Всё это вдруг и сложилось в голове в проект запуска в космос зондового микроскопа, который будет вести исследования прямо на месте, в космосе, без необходимости доставлять с разных орбит космоса образцы на микроскопы на Земле.

Предварительным изучением стойкости материалов к быстрым потокам ионов от Солнца — занимаются на Земле в больших установках, ионных ускорителях, однако эти эксперименты в тысячи раз дороже, и, вдобавок, изучают стойкость не ко всей той гамме ионов разных элементов, которые в реальном космосе. Поэтому отправка материала в реальный космос вместе с микроскопом — явилась востребованным решением.

Востребованным решением является также и изучение населённости пылью космических орбит разных высот, с получением сведений о свободных от пыли мест для из использования. Пыль «пескоструит» космические аппараты, делая мутными иллюминаторные стёкла и солнечные батареи, которые из-за этого уменьшают свою эффективность.

Я уже упоминал, что в прошлом году мы уже отправили в космос спутник с нашим «первым в мире» космический микроскопом СММ-2000, который периодически передает данные на Землю. Однако, будучи запущенным на высоту 560 км, он постепенно снижается, сейчас находится около отметки 400 км. То, что сейчас творится на высоте уровня 500 км, нам, получается, неизвестно, поэтому и актуально отправлять в космос один за другим такие спутники, примерно раз в год, чтобы быть постоянно в курсе изменения пылевого состава орбит на всех высотах.

— Как ваш спутник «ловит» эту космическую пыль?

Мы используем зеркало из мягкого материала — золота, в котором просто застревают попавшие на него частицы пыли. При этом в автоматическом режиме космического микроскопа СММ-2000 заложена функция сканировать это зеркало определённое количество раз каждый день, регистрируя на кадрах частицы размером даже в несколько нанометров, с передачей кадров на Землю по радиоканалу.

— Какой срок службы у Кубсата?

— Прошлым летом было запущено 42 спутника одновременно. Их расположили в носовой части ракеты, а затем по очереди выпустили в космос. На данный момент часть из них ещё в эксплуатации, и мы очень рады, что наши решения по радикальной экономии энергии, по дублированию аппаратных систем и по закладке элементов искусственного интеллекта в процессор нашего космического микроскопа СММ-2000 — пока позволяют ему уже почти полтора года выдерживать многочисленные сейчас вспышки на Солнце, выпускающие интенсивные потоки ионов. Мы будем рады, если наш микроскоп, как и спутник в целом — выдержит весь свой срок эксплуатации, это примерно два с половиной года, после чего он, будучи постоянно притягиваемым нашей Землёй, опустится до плотных слоёв атмосферы и неминуемо сгорит.

— Как Вы привлекаете студентов и школьников к этой работе?

— Разработка и изготовление космического зондового микроскопа СММ-2000 была полностью выполнена в Зеленограде, сотрудниками завода «Протон» и МИЭТа. Ключевыми их них, к моей радости, стали и два моих сына: Владимир Логинов разработал программного обеспечение, а Артём Логинов — обе электронные платы космического микроскопа.

Роль привлечения студентов и школьников к этой работе выполняли не мы. Как этот проект неожиданно начался с семинара в образовательном центре «Сириус», так он там и «живёт». Вот уже в течение четырёх лет одарённые школьники России и даже всего мира, попав через отборочные мероприятия на выдающуюся проектную программу «Большие вызовы», на программу «Уроки настоящего», на «Международный фестиваль молодёжи» и на другие программы Образовательного центра «Сириус», принимают участие в решении «микрозадач» этого проекта, которые просят нас сформировать, причём так, чтобы это были хоть и «микрозадачи», но реально требующие своих решений и не имеющие подготовленных решений нами.

Кроме Сириуса, в последние два года такие «микрозадачки» начинают решать школьники уже более двадцати региональных центров выявления и поддержки одарённых детей, и в этом особенно продвинулся город Орёл, где организатором работы со школьниками является Хрипунов Юрий Вадимович, директор проектного офиса Орловского Государственного Университета им. И. С. Тургенева, одновременно методист программы «Большие вызовы» образовательного центра «Сириус». Определённую роль играет в этом и проект «Дежурный по планете» Фонда содействия инноваций, который, профинансировав закупку платформы и обеспечив запуск спутника «Нанозонд-1» Государственным Университетом им. И. С. Тургенева, в котором полезной нагрузкой работает наш «первый в мире» космический зондовый микроскоп СММ-2000 — определил в качестве условия финансирования необходимость обязательного привлечения большого количества школьников к проекту.