В Сингапуре сделали революционный микрочип для пикоспутника

Ученые технологического университета в Наньянге (Сингапур) разработали микрочип для спутников, который позволяет сделать камеры для спутниковых радаров в сто раз меньше существующих.

Речь идет, конечно, не о видеооптике, а о камерах для радаров, работающих в СВЧ-диапазоне. Выдающиеся перспективы радиооптики были ясны ученым еще в прошлом веке. И не только ученым. Вот две цитаты из широко известных произведений российских фантастов братьев Стругацких:

«Шесть спичек.

Светлые, широко расставленные глаза инспектора сузились.

– Вы меня удивляете, Горчинский, – тихо сказал он. – Вы убеждены, что я хочу вытянуть из вас что-нибудь такое, что может повредить Комлину... или вам, или другим вашим товарищам. А ведь всё гораздо проще. Всё дело в том, что я не специалист по центральной нервной системе. Я специалист по радиооптике. Всего лишь. И судить по собственным впечатлениям не имею права. И поставлен на эту работу не для того, чтобы фантазировать, а для того, чтобы знать. А вы мне истерики закатываете. Стыдно...

Страна багровых туч.

Сначала, как всегда, в ход были пущены беспилотные устройства. Результаты оказались обескураживающими. Плотная, напоминающая океанский ил, облачность ничего не позволила увидеть. Сотни километров обычной и инфракрасной пленки показывали одно и то же: белую однородную завесу непроницаемого – видимо, очень толстого – слоя тумана. Не оправдала надежд и радиооптика. В атмосфере Венеры радиолучи либо бесследно поглощались, либо отражались от самых верхних ее слоев. Экраны локаторов оставались черными либо сияли ровным, ничего не означающим светом».

Сегодня в космической радиоптике в числе лидеров - китайцы, в частности сингапурские.

Используя новые микрочипы, можно сделать радар спутника, да и сам спутник, размером не больше компактного смартфона. Несмотря на малые размеры, такие камеры могут давать изображение даже более высокого качества, чем ныне используемые в самых продвинутых спутниках-шпионах, а потребление энергии снижается на 75 процентов.

Пикоспутник

Чип для СВЧ радара уже привлек к себе внимание ряда транснациональных корпораций, таких как американский аэрокосмической компании Space X; компания по производству полупроводниковых приборов NXP из Нидерландов; японский электронный гигант Panasonic и французский спутниковый производитель Thales.

Доцент Чжэн Юань-дзин из лаборатории электротехники и электронной техники университета в Наньянге, который руководил исследованием, считает, что размер и эффективность чипа открывают новые возможности, недостижимые ранее:

«Мы значительно уменьшили обычную радиолокационную камеру, сделав ее чрезвычайно компактной, но при этом обеспечивающей большую точность. Это позволит создавать радиолокаторы высокого разрешения для использования в дронах, беспилотных автомобилях и малых спутниковых системах».

Существующие радиолокационные камеры, как правило, имеют размеры до двух метров в длину и весят до 200 кг. Они стоят не меньше миллиона долларов и потребляют более киловатта электроэнергии в час.

Применяемые в радиолокаторах с синтезированной апертурой (РСА), эти большие радарные камеры размещаются на спутниках и самолетах для получения детальных изображений поверхности Земли. Объекты длиннее метра, такие как автомобили и лодки, можно легко увидеть с помощью радиолокатора камеры, установленной на борту воздушного судна, летящего на высоте 11 километров.

В отличие от оптических камер, которые не могут работать по ночам из-за недостаточной освещенности или в условиях облачности, СВЧ- камера использует микроволны (X-диапазон или Ku-диапазон), и может хорошо работать в любых погодных условия, даже проникая через листву деревьев.

Справка:

X-диапазон (X band) — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых для наземной и спутниковой радиосвязи. Этот диапазон простирается от 8 до 12 ГГц электромагнитного спектра (длины волн от 3,75 до 2,5 см), хотя в спутниковой связи этот диапазон «сдвинут» в сторону C-диапазона и лежит примерно между 7 и 10,7 ГГц. Во время Второй Мировой войны диапазон был засекречен, и поэтому получил название X-диапазона.

Ku-диапазон (кей-ю) — диапазон частот сантиметровых длин волн, используемых в спутниковом телевидении. Этот диапазон простирается от 12 до 18 ГГц электромагнитного спектра (длины волн от 2,5 до 1,67 см). В спутниковой связи к этому диапазону также относят часть X-диапазона: в этом случае диапазон Ku- лежит между 10,7 и 18 ГГц.

Название происходит от выражения нем. Kurz-unten — буквально «короткий-нижний», обозначающее полосу ниже K-диапазона.

Огромные размеры, высокая стоимость и высокое потребление энергии до сих пор были сдерживающими факторами для использования СВЧ-радаров в небольших дронах и автономных транспортных средствах. Для сравнения: новый сингапурский радар c микропроцессорами размером 2 х 3 мм «упаковывается» в модуль размером 3х4х5 см, который весит менее 100 граммов.

Себестоимость производства такого радара на данный момент - от $ 10000 за единицу, диапазон потребляемой мощности от 1 до 200 Вт в зависимости от применения, то есть на уровне комнатного вентилятора.

Доцент Чжэн считает, что коммерческое использование нового микрочипа возможно не ранее чем через три-шесть лет. Он также утверждает, что его изобретение открывает новый этап в космических исследованиях.

Пикоспутник

Российский военный эксперт Владислав Лебедев считает, что такие технологии могу стать основой для создания мощных боевых космических сетей:

«Лет через пять можно ожидать создания мощных космических радаров из нескольких десятков тысяч минирадарчиков (например -50000), которые будут обладать возможностями не только собственно радаров, но и функциями РЭБ с мощностью кратковременного излучения в 10 мегаватт».

Для систем ориентации таких спутников в пространстве можно будет использовать, считает Лебедев, электромагнитные поля по технологии, разработанной Марком Тилденом из Лос-Аламосской национальной лаборатории в США.

Размеры гипотетического сингапурского спутника, по мнению российского эксперта, безусловно будет больше чем у американского BEAM-пикоспутника SWARM-типа (20-30 г), но и энергетика существенно больше.

Справка:

Пикоспутниками (англ. picosatellite, picosat) называют спутники с массой от 100 г до 1 кг. Обычно проектируются для работы в группе, иногда с наличием более крупного спутника. Спутники формата CubeSat (кубсат) имеет объем в 1 литр и массой около 1 кг и могут считаться либо крупными пикоспутниками, либо легкими наноспутниками. Кубсаты запускаются по несколько единиц за раз и имеют стоимость выведения несколько десятков тысяч долларов.

В США все работы по пикоспутникам были засекречены на рубеже веков, но по данным ряда источников США уже имеют пикоспутники, весящие в собранном виде не более 25 граммов.

В издании «The American Scientist» было опубликовано сообщение, что ученые Курт Мур, Джанет Фриго и Марк Тилден (которого упоминал Владислав Лебедев), представили на заседании Американского геофизического союза разработанный ими пикоспутник "satbot", который весит менее 100 граммов.

Этот спутник-робот может самостоятельно адаптироваться к внешней среде с помощью разработанной Тилденом нейросети. Спутник не имеет микропроцессоров и состоит всего из двух нейронов, в каждом из которых лишь резистор, конденсатор и инвертор. Фотодатчик и антенна для связи с большим спутником - это все, что нужно маленькому роботу для передачи изображений на Землю.

Отсутствие электронной начинки делает «сатбот» неуязвимым как для солнечных вспышек, так и для электромагнитных бомб потенциального противника.

Таким образом создание мощных боевых автономных спутниковых систем в космосе переходит из разряда фантастики в сферу уже существующих технологий.

Автор: Владимир Прохватилов, президент Академии реальной политики (Realpolitik), эксперт Академии военных наук

Добавляйте CСб в свои источники дзен