Спутник Skoltech-Lumos разрабатывают для проверки фотонных чипов в космосе

Фотонные чипы передают данные светом, а не током. Чтобы проверить их работу на орбите, Сколтех готовит кубсат 3U, который выиграл конкурс федерального проекта «Кадры для космоса».

Сколтех готовит малый спутник Skoltech-Lumos формата кубсат 3U. Его задача — проверить в космосе работу фотонных интегральных схем, то есть устройств, в которых данные передаются светом, а не током. Проект выиграл конкурсный отбор «Студенческие малые космические аппараты» федерального проекта «Кадры для космоса» Минобрнауки России. Реализует его Проектный центр прикладной фотоники Сколтеха. Спутник разрабатывается под руководством старшего инженера-исследователя лаборатории интегральной фотоники Кирилла Малахова.

Фотоника — область техники, где информацию передают светом, а не электричеством. По словам Малахова, это сквозная технология: один и тот же принцип работает и в мониторинге арктических трубопроводов — стартап Сколтеха «Файбер Пайп» следит за их опорами с помощью оптоволокна, — и на спутниках.

Фотоника решает три ограничения обычной бортовой электроники. Первое — помехи. На некоторых аппаратах радиолокаторы создают помехи в проводных линиях электрических датчиков, а ток в их проводах сам излучает паразитные сигналы. Оптоволокно не проводит ток и не создает электромагнитных помех, поэтому оптические датчики можно ставить рядом с радиолокаторами и антеннами. Второе — скорость: при передаче сотен гигабит в секунду, например на телекоммуникационных спутниках, узким местом становится преобразование сигнала из электрического в оптический и обратно. Третье — масса: оптоволоконная линия при сопоставимой пропускной способности весит до трех раз меньше медного кабеля.

На борту Skoltech-Lumos разместятся две системы на фотонных чипах. Первая — мониторинг температуры: оптоволоконные датчики установят на конструкции спутника, а устройство их опроса на чипе будет собирать и обрабатывать данные. У таких датчиков нет подвижных частей, они не проводят ток и устойчивы к накопленной радиационной дозе. Вторая — высокоскоростная оптическая бортовая связь: в миссии проверят оптические линии связи и фотонный модулятор на чипе.

Тема пока новая. По словам Малахова, в мире мало коллективов, работающих над фотонными чипами в космосе: в основном это R&D-отделы международных компаний, которые ориентируют разработки на продукт, и несколько академических лабораторий. Радиационная стойкость фотонных интегральных схем и их корпусировки изучена мало, а по некоторым компонентам данных нет вообще. Опыт Сколтеха охватывает все этапы: от разработки чипов и корпусировки до испытаний в условиях, имитирующих космос.

Если летная демонстрация пройдет успешно, фотонные чипы смогут стать основой бортовых систем связи, сенсорики и радиофотонных модулей. Для малых спутников это означает меньшие масса, габариты и энергопотребление и устойчивость к помехам. В перспективе на фотонных интегральных схемах можно будет реализовать приемо-передающие модули для лазерных терминалов связи и многоточечные оптические системы мониторинга состояния спутника. Проект — один из первых шагов к применению таких схем в отечественных космических аппаратах, а подготовка миссии формирует кадры и компетенции полного цикла.

Коммерсантъ: наука