КОСМОСЪТ Е ПО-БЛИЗО, ОТКОЛКОТО СИ МИСЛИТЕ

Студентите от лабораторията за космически изследвания във физическия факултет на Софийския университет подготвят учебни сателити в работилниците на Resonator

Докато отиваме на уговорената среща с д-р Стоил Иванов в лабораторията за космически изследвания „Проф. Стефан Александров“ – оазис на модерността в сградата на физическия факултет на СУ – оттам излизат няколко души, които ще бъдат на мястото си в холивудски филм. (Например някой от онези, в които учените неохотно обединяват силите си с военните, за да спасят Земята от астероид.) Единият от мъжете е с парадна униформа на американски офицер, другият – с един от онези безлични костюми с накриво вързани вратовръзки, каквито обикновено носят цивилните служители от разузнаването. Дамите от групата разменят няколко прощални думи със Стоил, с американски акцент. Стоил (с риза на цветя с къси ръкави) се обръща към нас и свива рамене: „Извинявам се за закъснението, но виждате какво е…“ Лабораторията за космически изследвания явно не може да се оплаче от липса на внимание.

Стоил Иванов е асистент във физическия факултет, където е завършил бакалавър инженерна физика и магистър по аерокосмическо инженерство и комуникации – а днес не само води почти половината курсове в тази специалност, а е написал и учебните материали по тях. Предмет на научната му работа са изследванията в областта на задвижването на наносателитите – изкуствените спътници с маса от 1 до 10 килограма. 

Дисертацията му е за плазмен двигател за спътници с такива габарити, който по собствените му думи трябва да се съобразява с „много интересни“ ограничения за размер, маса и мощност. Веднага става ясно, че Стоил е от хората, които не говорят празни приказки, а навиват ръкави и с охота се захващат с решаването на реални проблеми с практическо и пазарно приложение – с други думи, от онези хора, с които Resonator най-лесно намира общ език. 

„За какво се използва този двигател? Веднага ще ви кажа. След като си изпълниш мисията, забавяш скоростта на спътника и той се гмурва към атмосферата, за да изгори, вместо да продължава да стои в орбита и да се налага да бъде следен и всички да се съобразяват с него…“

Спътниците, за които говорим, са проектирани, произведени и изведени в орбита по стандарта CubeSat. Стандартът е разработен през 1999 година в Калифорнийския политехнически университет съвместно със Станфордския университет и се е наложил като международен. Най-просто казано, тези спътници са с формата на куб със страна от 10 сантиметра и тежат до 2 килограма. Ако това не е достатъчно, за да побере необходимата електроника за предвидената мисия, кубовете могат да се умножават – 1U (едно кубче) става 1,5U (кубче и половина) или 2U (две слепени кубчета) и така нататък. По думите на Стоил: „За сегашното състояние на електрониката, това е минималният размер, с който можеш да свършиш нещо смислено.“

 Наносателитите се извеждат в орбита от Международната космическа станция („общо взето, космонавтите просто ги пускат оттам“) или на борда на космическите апарати, оперирани от комерсиални „превозвачи“ като SpaceX. 

До 2013 година, повечето са били университетски – предназначени за изследвания и тестове, за които не е икономически оправдано да се използва „истински“ сателит с по-големи размери и маса. Но от 2014 година насам, наносателитите намират все повече практически приложения, а успоредно с това, конкуренцията непрекъснато намалява цената на извеждането им в орбита. В резултат, към 2024 година в Космоса са изведени повече от 2300 наносателити. Разбира се, повечето от тях вече не са там. 

Стоил отново го обяснява по характерния си непринуден начин, така че да го разберем и ние: „Международната космическа станция е на 400 километра височина. За сравнение, геостационарната орбита, на която стоят повечето телекомуникационни спътници, е на почти 36 000 километра височина. На тази ниска орбита, на която работят наносателитите, те не изкарват много време, а падат бързо – за средно около година и половина . Ако слънчевата активност е по-висока, атмосферата се разширява от йонизацията и спътниците изпитват по-голямо триене с нея. Съответно изгарят още по-бързо, така че може да не изкарат и една година. Но въпреки това, през цялото време трябва да ги следиш всичките и да знаеш къде са, за да не се блъснат в нещо друго…“ Вече схващаме защо разработването на плазмен двигател, който да „бута“ наносателитите надолу в атмосферата, за да изгорят по-бързо след приключването на своята мисия, е доста добра идея.

Връщаме се на земята – където Стоил изважда от шкафовете в дъното на учебната лаборатория няколко наносателити и ги подрежда по банките, за да ги разгледаме.

Или по-точно – действащи модели на наносателити. „Различават се от истинските само по материалите, които са използвани. Електрониката в тях като функция е същата. Единствената разлика е, че електрониката, която излиза в Космоса, трябва да издържа на радиация.“

Питаме го още веднъж, за да сме сигурни: значи наносателитите, които проектират, сглобяват и изпитват неговите студенти, функционално са същите като онези в Космоса?

„Да, точно така. Ако ги правят за Космоса, просто ще използват по-лачена електроника, други материали, може би друг език за програмиране – но функционално нещата ще бъдат същите.“

Стоил влиза в ролята на преподавател, за да ни разкаже как протича учебният процес на студентите по аерокосмическо инженерство от неговия курс. Всеки студент си измисля проект – най-просто казано, какво ще прави неговият (или по-често нейният, както ще стане дума малко по-късно) наносателит. После сглобява съответните сензори за изпълнението на учебната мисия, като спазва CubeSat стандарта, и пише операционна система за тях. Научава се да управлява наносателита, който е направил/а – и изпълнява мисията си.

Няколко примера?

Стоил ни посочва един от наносателитите, който за невъоръжено око прилича на кубче на Рубик, но с огледални черни стени. „Мисията на този беше да начертае карта на магнитното поле на неизвестен източник. На практика това означава, че аз натрупах една купчина магнити с неправилна форма в другия край на лабораторията, и студентката трябваше да анализира магнитното им поле със своя спътник.“

А този тук, който изглежда като пораснало братче на останалите?

„Този е 1,5U – куб и половина – защото не се побраха сензорите в 1U. Мисията му е да измерва температурата на неизвестен източник – например звезда – от разстояние.“ Любопитстваме какво са използвали вместо звезда. Стоил веднага скача на крака с типичната си трескава енергия, за да донесе от друг шкаф една нагревателна лампа за отглеждане на парникови растения. „Направена е така, че да имитира слънчев спектър, затова беше особено подходяща да се прави на звезда.“ Следващият спътник е с едно-единствено червено око по средата на едната от квадратните си стени, което му придава леко зловещ вид.

„Този е за лазерна комуникация. Идеята беше студентката да направи комуникационен протокол – как да накара лазера да предава информация и как да накара спътника да разчита лазера. Лазерната комуникация е много ефективна, защото лазерът е много концентриран и съответно изисква много по-нисък разход на енергия. Както можете да си представите, проблемът е да се улучи спътника от разстоянията, на които се работи на практика.“ В случая на студентката на Стоил, лазерът и моделът на спътника са били на съседни банки… „но пак не й беше лесно. Спътникът беше тук, а тя беше там и го пуцаше с лазера, за да го командва: дай ми данни за температурата, дай ми GPS координати.“

Последният наносателит, който ни показва Стоил, е оборудван с камера за откриване на пожари – още едно практическо приложение, за което такива спътници вършат особено добра работа. „Исках да запалим огън на двора и да прелитаме спътника с дрон над него, за да разпознае визуално признаци на пожар с камерата, но от факултета не ни разрешиха. Нищо, ще го направим със студентите от следващия курс.“

Стоил вече е споменал, че студентите по аерокосмическо инженерство са с лек превес на жените над мъжете. Оказва се, че същото важи за физическия факултет като цяло – и за студентите, и за преподавателите. „За разлика от други развити държави, България няма проблем с жените в науката. В Холандия например е страшно, не знам дали имат и 10% жени във факултетите и лабораториите, а при нас са 50/50.“ Звучи обнадеждаващо.

И като стана дума за студентите, оставаме с впечатлението, че неговите излизат от университета готови за работа. „О, те работят вече. Дори не отиват на стаж, а направо започват работа. Нямаме безработни студенти – и не бършат маси в Студентски град, а си бачкат в индустрията, по специалността си. Както можете да си представите, на пазара на труда няма много хора, които да могат да работят с космически спътник, така че от компаниите само ги чакат да дойдат и направо ги назначават. Някои работят в EnduroSat, имаме студенти в Melexis, в Neterra. Едно от нашите момичета работи в Bulgaria Sat, където буквално шофира единствения геостационарен спътник в орбита, който е собственост на българска компания. Построен е в Пало Алто, изведен е в орбита от SpaceX и после са дали ключовете на нашите хора, за да го карат.“

През 2023 година, Стоил научава за Resonator и решава да провери какво има там

Студентите от тогавашния му курс проектират своите наносателити, поръчват онлайн електронните компоненти, които са им необходими, и след това на свой ред отиват във Fab Lab в Resonator, където изработват корпусите за спътниците и сглобяват цялата конструкция.

През тази година, учебната лаборатория на Стоил във физическия факултет вече е спонсорирана от българската аерокосмическа компания EnduroSat и си има собствено високотехнологично оборудване, но студентите отново разчитат на Resonator за лазерното изрязване на елементите от корпуса на своите наносателити.

Следващата им цел?

„Да вдигнем университетски сателит в Космоса. Преди няколко години това струваше поне милион и половина и ако някой ми кажеше, че може да се направи, нямаше да му повярвам. Но сега съм силно уверен, че ако намеря 200 хиляди долара, ще го направим – с този екип.“

Една нано-крачка за момичетата и момчетата от магистърската програма по аерокосмическо инженерство и комуникации – една гигантска крачка за човечеството. Звучи още по-обнадеждаващо.

//video

Resonator е инкубатор на технологични идеи, гостоприемно пространство за проектиране, изработване и усъвършенстване на прототипи и първото място в България, което предлага достъп до Fab Lab и Electronics Lab – споделени работилници за високи технологии, специализиран хардуер и софтуер, в комплект с екип, готов да окаже съдействие както на индивидуални клиенти, така и на (бъдещи) компании.