Способів змінити орієнтацію космічного апарату у просторі не так багато, всі вони добре відомі у галузі та давно перевірені практикою. А з огляду на особливості руху в космосі, здається, що винайти щось нове для виконання цього завдання практично неможливо. Проте найближчими роками на навколоземній орбіті з’явиться супутник із раніше небаченим механізмом точної орієнтації: він буквально махатиме своїми сонячними панелями, щоб повернутися.
На Землі, щоб змінити своє становище у просторі, можна відштовхнутися. Від чого завгодно: поверхні, на якій стоїш, стіни поряд, а у разі літального апарату – від повітря. Але в космосі це важко.
На навколоземній орбіті легким супутникам доступна орієнтація лініями магнітного поля —зручний і енергетично «дешевий» спосіб. Ще можна зробити апарат довгастим, тоді гравітаційне поле Землі завжди повертатиме його важчим кінцем ближче до планети.
На низьких орбітах доступна аеродинамічна стабілізація за рахунок нехай і дуже розрідженої, але все ще відчутної атмосфери. На більш високих та у відкритому космосі можна використовувати тиск сонячного світла та вітру. Це, мабуть, всі можливості для космічних апаратів «відштовхуватися» від чогось, окрім себе, для зміни своєї орієнтації. Щоб повертатися точніше, швидше і більш контрольовано, потрібні складні пристрої: наприклад двигуни-маховики, а також рідинні, газові або електричні реактивні двигуни.
Як правило, на космічних апаратах використовуються комбінації всіх перерахованих методів у різних виконаннях. Але чогось принципово нового для систем орієнтації в космонавтиці не застосовували з її зародження півстоліття тому. Тим дивніше швидке зростання раніше невідомого американського стартапу Samara Aerospace.
Нехай носіїв російської не бентежить назва — вона не має жодного відношення ні до географії Росії, ні до близькосхідних чи південноазіатських імен. Слово samara означає крилате насіння, крилатка. На логотипі компанії зображено щось схоже, оскільки цей образ відображає суть розробленої нею технології.
Концепція розробки Samara Aerospace є наступна. Малий космічний апарат оснащується симетричними розкладними сонячними панелями, сегменти яких з’єднані не жорсткими шарнірами, а гнучкими. Ці гнучкі шарніри виготовлені з п’єзоелектричного матеріалу. Під впливом струму може швидко скорочуватися чи розслаблятися, змушуючи сегменти сонячних батарей коливатися щодо центру мас космічного апарату. Принцип роботи показано на відео вище.
Якщо такі коливання виконуються з великою частотою, вони перетворюють весь космічний апарат на єдиний двигун маховик. Тому що вібрація – це швидке переміщення об’єкта на дуже невелику відстань. Таким чином сонячні панелі стають тією самою масою, що зберігає момент імпульсу, від якої і відштовхується апарат для зміни орієнтації.
Що ще цікаво, за заявами Samara Aerospace, вібрація не повинна завадити роботі високоточних систем супутника. Навіть навпаки, такі актуатори здатні компенсувати паразитні вібрації від інших джерел.
Технологія називається Multifunctional Structures for Attitude Control (MSAC) – багатофункціональні структури для управління орієнтацією. Стартап вже продемонстрував роботу MSAC у лабораторних умовах, і встановлений на пневматичному підшипнику прототип чудово обертався навколо вертикальної осі. Роботи з початкового етапу реалізації технології фінансував акселератор стартапів Techstars, вони завершилися на початку 2024 року.
Після успіху з прототипом стартап одразу ж привернув увагу державних та приватних інвесторів. У січні Національний науковий фонд США (NSF) виділив Samara Aerospace 275 тисяч доларів як підтримку для створення льотного прототипу. На ті самі цілі, як пише портал SpaceNews, структура ВПС США під назвою SpaceWERX виділила стартапу грант у розмірі 1,25 мільйона доларів. За умовами контракту, на ці гроші Samara Aerospace має вступити в партнерство з компанією, яка займається дистанційним зондуванням Землі, та випробувати MSAC на одному з її супутників.