«Орбита – это идеальный испытательный стенд»: как НИТУ МИСИС создает гибридную энергосистему для спутника и испытывает материалы будущего
НИТУ МИСИС стал одним из победителей конкурсного отбора «Студенческие МКА» федерального проекта «Кадры для космоса» Минобрнауки России. Вуз впервые выступает не просто разработчиком полезной нагрузки, а создает полноценный космический аппарат с нуля. На орбите будет развернута настоящая научная мини-лаборатория: спутник протестирует перовскитные солнечные батареи, бетавольтаические элементы, термоэлектрики и фотоприемники на основе Ga₂O₃, объединенные в единую гибридную систему питания. Руководит проектом Сергей Леготин – доцент кафедры полупроводниковой электроники и физики полупроводников НИТУ МИСИС. Мы поговорили с ним о том, почему для одного аппарата выбрана такая широкая научная программа, как инженеры решают проблему электромагнитной совместимости и почему эти данные ждут в реальном секторе экономики.
В основе проекта НИТУ МИСИС лежит уникальный инженерный и научный задел. Специалисты университета решили не ограничиваться проверкой одного типа приборов, а собрать на борту малоразмерного аппарата целый пул перспективных разработок.
«Орбита – это идеальный испытательный стенд, который невозможно воспроизвести на Земле в полном объеме. Перовскиты, бетавольтаика, термоэлектрики и Ga₂O₃-фотоприемники объединяет одно: все они перспективны, но их деградация под действием радиации, вакуума и термоциклирования изучена недостаточно. Принципиально, что за каждым из этих направлений стоят работающие лаборатории и конкретные результаты НИТУ МИСИС. Каждый запуск стоит дорого, поэтому рационально испытать на одном аппарате как можно более широкую номенклатуру электронной компонентной базы собственной разработки», – объясняет Сергей Леготин.
Все четыре технологии играют в системе разные роли, дополняя друг друга. Перовскитные батареи обеспечивают генерацию в освещенной части орбиты. Термоэлектрики на Ga₂O₃ и бетавольтаические элементы выступают как импульсные источники для отдельных датчиков. А Ga₂O₃-фотоприемники служат солнечно-слепыми датчиками. Вместе они формируют полную картину того, из чего строится автономная система питания.
Инженерный вызов: собрать несовместимое
Главная сложность проекта кроется не в создании отдельных элементов, а в их интеграции. Каждый источник энергии обладает своими характеристиками, разным напряжением, током и временным профилем работы. Солнечная генерация циклична, а бетавольтаика и термоэлектрики работают в импульсном режиме.
«Для импульсных решений отдельно рассчитываются скорость накопления, стабильность и возможная деградация от космических лучей. Отдельный аспект – отказоустойчивость: система питания должна сохранять работоспособность при постепенном падении мощности одного из каналов. Для этого нужна реконфигурируемая архитектура и раздельная телеметрия, чтобы понять, что именно деградировало – материал, согласующая электроника или накопитель», – отмечает Леготин .
Еще один критический вызов связан с работой Ga₂O₃-фотоприемников. Они генерируют очень малый по амплитуде сигнал, который к тому же зависит от ориентации спутника относительно Солнца. На фоне этих сигналов опасны даже слабые наводки от собственных систем аппарата: импульсных преобразователей, двигателей-маховиков и радиомодулей.
«Вся полезная нагрузка размещена в едином экранированном боксе, который в формате 3U выполняет две ключевые функции: поддерживает постоянную температуру для всех экспериментов и обеспечивает полное отсутствие электромагнитных наводок на измерительные цепи. Силовые и измерительные земли разделены, сигнальные цепи экранированы, а каждый эксперимент имеет собственный канал питания и телеметрии с собственной фильтрацией», – подчеркивает руководитель проекта.
От полезной нагрузки к собственной платформе
Для университета этот проект – важный этап эволюции. Ранее вуз уже запускал аппарат «Импульс-1» в 2023 году, но тогда платформу разрабатывала сторонняя компания, а МИСИС отвечал только за полезную нагрузку. Теперь команда впервые создает космический аппарат целиком.
«В новом проекте МИСИС впервые выступает как разработчик самого космического аппарата: мы сами формируем платформу из комплектующих, создаем штатную систему электропитания и интегрируем в нее свою полезную нагрузку – собственные разработки университета», – рассказывает Сергей Леготин.
Полученные с орбиты данные закроют разрыв между лабораторными испытаниями и готовностью технологий к серийному применению. Отрасль получит не «сырые» научные данные, а интегральные сведения о поведении гибридной системы в реальных условиях.
Спрос на эти технологии уже сформирован. Перовскиты предлагают дешевую альтернативу дорогим арсенид-галлиевым панелям. Бетавольтаика необходима для дальнего космоса и планетных исследований, где солнечный свет недоступен. А Ga₂O₃-фотоприемники критически важны для УФ-астрономии и систем безопасности.
«На момент подачи заявки мы шли к этому решению самостоятельно. Теперь, когда мировой тренд подтвержден запуском коммерческих аппаратов с ядерными источниками питания, наш спутник оказывается в русле этого тренда, но с собственным материалом и собственной архитектурой. Отрасль получит от нас то, чего нет у зарубежных коллег: данные по деградации и скорости накопления энергии для никель-63 в связке с другими источниками», – отмечает Сергей Леготин.
Кадры, которые создают аппарат
Образовательная составляющая проекта неразрывно связана с инженерной. К моменту запуска производственных процессов программа дополнительного образования была полностью реализована: зачислено 66 слушателей, из которых 65 успешно завершили обучение.
«Принципиально, что все члены нашей команды прошли эту программу. Люди, которые сегодня работают над аппаратом, сами прошли через ту же образовательную траекторию», – подчеркивает Леготин.
В основе обучения лежат три принципа. Наставничество – к процессу привлечены специалисты с огромным опытом выполнения НИР и ОКР, а также сотрудники предприятий ракетно-космической отрасли. Групповые выпускные квалификационные работы – каждый слушатель выполнял ВКР по направленности своей работы в проекте, исследуя именно тот узел, за который он отвечает. Практика на реальном оборудовании – от создания комплекта научной аппаратуры до измерения ее параметров.
«Именно такая связка в части наставничества, групповой ВКР по своему участку работы и немедленное применение результата, и превращает слушателя из пассивного потребителя лекций в автора технического решения», – говорит Сергей Леготин.
Наставники в этой схеме выполняют роль экспертов и научных руководителей, задавая рамку и проверяя решения, но не подменяя студентов в разработке. В результате уже зарегистрированы две программы для ЭВМ («Гелиос-тест» и «СоларКонтроль»), соавторами которых выступили студенты и аспиранты. Еще четыре программы для ЭВМ находятся в процессе подготовки.
Что дает федеральный проект
Участие в «Кадрах для космоса» стало для НИТУ МИСИС системным механизмом, позволившим перейти от отдельных научных разработок к созданию полноценного космического аппарата.
«Без целевого финансирования и организационной поддержки проекта создание и запуск спутника силами студенческой команды были бы невозможны. Проект дал нам ресурсную базу для создания аппарата, доступ к современному оборудованию и практической инфраструктуре, а также позволил выйти в новую для университета отрасль», – резюмирует Сергей Леготин.
Федеральный проект «Кадры для космоса» Минобрнауки России создает пространство для инженерного творчества и подготовки нового поколения специалистов для космической отрасли. В 2026 году по федеральному проекту в стране разрабатывается 28 студенческих малых космических аппаратов, а также реализуются 40 дополнительных образовательных программ, которые охватят более 20 тысяч студентов, преподавателей и сотрудников научных организаций.
04.11.2026