Небеса с молотка. В погоне за ближним космосом

Конструировать PhoneSat было решено на основе смартфона Nexus One производства тайваньской HTC ценой 300 долларов, поместив его в центре шасси и окружив периферийными датчиками и компонентами, призванными обеспечить работу смартфона в течение примерно десяти суток; ключевыми были двенадцать литий-ионных батарей, радиопередатчик (также серийного производства) и отдельный микроконтроллер для мониторинга статуса смартфона и отправки ему в случае зависания сигнала на перезагрузку. Встроенные акселерометр и магнитометр смартфона обеспечивали регистрацию всех необходимых данных о движении спутника, а для полноты картины были добавлены выносные термометрические датчики. Кроме того, команда PhoneSat написала кое-какие программки для выдачи смартфону команд на фотосъемку и для отбраковки неудачных снимков, с тем чтобы на Землю по каналу радиосвязи отправлялись лишь самые лучшие фото.

Путь от первых бумажных эскизов до работающего устройства занял около полутора лет. На начальном этапе проектирования и тестирования прототипа инженерам нужно было досконально проверить все компоненты PhoneSat на предмет способности выдержать перепады давления и температуры, а также способность радиопередатчика передавать сигнал на достаточные расстояния. Эти работы по большей части велись в лабораториях НАСА, хотя некоторые эксперименты молодым ученым приходилось ставить на местности. Скажем, разделившись на две группы, они поднимались на далеко отстоящие друг от друга горы и проверяли связь между передатчиком PhoneSat и принимающими устройствами.

«Тестировали мы этот телефон и на работу в вакууме при разных температурах, – сказал Бошхаузен. – Работал себе как ни в чем не бывало. Сейчас это кажется само собой разумеющимся, а тогда у нас не было никаких оснований полагать, что при каких-то жестких режимах или перепадах он не сдохнет с концами. От этого и приходилось отталкиваться».

К середине 2011 года команда PhoneSat разработала следующий эксперимент: спутник в сборе подвесили к метеозонду, и тот поднял его на высоту порядка 30 км. При этом испытании они впервые столкнулись с серьезными проблемами. При аномально низких температурах смартфон самопроизвольно выключился. На низкой околоземной орбите значительно теплее, чем в ветреных верхних слоях атмосферы[49], но инженеры решили подстраховаться и добавить в конструкцию термоизоляционный кожух для смартфона[50].

Пока инженеры PhoneSat месяцами доводили свой спутник до ума, победное шествие потребительской электроники продолжалось и на рынке появлялись всё новые модели смартфонов с процессорами пошустрее и датчиками получше. Бошхаузен задружился с парой человек в Android, смартфонном подразделении Google, и те стали притаскивать в Эймс все новейшие модели, с тем чтобы команда PhoneSat их испытала на предмет готовности к космическим нагрузкам[51]. Пока суд да дело, появлялись и литий-ионные аккумуляторы, и солнечные батареи, сулившие разработчикам PhoneSat перспективы многократного продления продолжительности миссий их детищ, и сами смартфоны становились всё умнее и мощнее и были способны поддерживать всё более изощренные программы.

Строителей малых спутников в ту пору было не так уж много. Среди имеющихся же тогда вошло в моду сочленять воедино три модуля CubeSat. К примеру, один кубик – под батареи, второй – под электронику, а третий – под научную аппаратуру или еще что-то, ради чего его, собственно, и строили. Хотя создавались эти малые спутники обычно университетскими командами, привыкшими на всем экономить, в этом случае они почему-то расщедрились и в результате задали тенденцию к резкому удорожанию подобных проектов. А дело было в том, что люди по-прежнему свято верили: нужно использовать печатные платы, микросхемы и прочую начинку сугубо «космического класса» (по маркировке), то есть некогда там, в космосе, себя зарекомендовавшую; а то, что на орбите эти платы и электроника были обкатаны лет десять – пятнадцать назад и с тех пор успели безнадежно устареть, никому почему-то в голову не приходило, в результате чего маркировка «космического класса» обычно была синонимом наихудшего соотношения «производительность/цена».

Команда PhoneSat тем временем продолжала гнуть свою линию, твердо намереваясь раздвинуть пределы возможного. Во втором прототипе инженеры решили отказаться не только от термоизоляции, но и от самого корпуса смартфона, оставив от него голую главную плату. И вместо кучи вспомогательных вычислительных систем, занимавших чуть ли не всё нутро куба, им удалось ограничиться одной платой, поддерживавшей все те же функции. Высвободившееся пространство инженеры начинили всем, что требовалось для создания мощнейшего в истории одномодульного спутника габаритов CubeSat.