- Создание космических систем нового поколения
- Новые космические системы на базе сверхмалых аппаратов
- Зарубежная стратегия разработки микроспутниковых систем
- СБИС типа «система на кристалле»
- Система мониторинга окружающей среды «Канопус» на базе МКА
- Развитие российской части международной системы поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ на базе МКА «СТЕРХ»
- Миниатюризация РКА - прямой путь к нанотехнологии
- Семейство технологических наноспутников

Технологические проблемы и направления исследований в области создания перспективных космических систем нового поколения

С. В. Стреж,к.т.н.,
Главный конструктор направления НПО «Орион»

Космические системы нового поколения должны развиваться только на основе новых технологий. Существовавший до настоящего времени путь развития, использовавший технологии прошлых десятилетий, можно назвать экстенсивным. С одной стороны происходил процесс увеличения мощности средств выведения и соответственно вес полезных нагрузок. Вывод в космос искусственных объектов, имеющих массу в десятки тонн, несомненно, является достижением космонавтики. Надежные, функционально и конструктивно сложные аппарата также демонстрируют высокие достижения в различных областях науки и техники. Однако жизнь требует выводить в космос все большее число космических аппаратов (КА). Не последнюю роль в этом сыграла и сама космонавтика, ибо все больше удовлетворяя своих потребителей, она формировала у них новые потребности. В результате этого наступил момент, когда и экономически, и информационно (кибернетически) увеличивать число аппаратов на орбите в группировке стало крайне затруднительно.

Начался процесс их миниатюризации. В результате этого удалось снизить массы многих аппаратов или создать новые аналогичного назначения аппараты с массой в несколько сотен килограммов, появился класс малых космических аппаратов (МКА). Это положительная тенденция, так как дает существенный экономический эффект. Но, во-первых, по заявлениям разработчиков снижение массы за счет конструктивных усовершенствований на базе используемых технологий вчерашнего дня имеет близкий предел, который не позволяет перешагнуть 100 кг. Во-вторых, не позволяет получить принципиально новое качество решения целевых задач, обусловленное удовлетворением требований непрерывности, оперативности, глобальности и тотальности.

Этот путь имеет абсолютный выигрыш там, где задача, которую решает КА (или несколько КА) не требует увеличения их числа в орбитальной группировке (ОГ). Например, ретрансляторы на геостационарной орбите или системы, обеспечивающие стратегическую связь на высокоэллиптических орбитах, справляются со своими задачами существующим числом КА и не требуют увеличения численности ОГ.

Там, где для повышения эффективности космической системы, требуется использование многоспутниковых группировок, путь, связанный с использованием МКА, является тупиковым, что и признают разработчики подобных КА. Уменьшение массы полезной нагрузки дает экономический эффект, но не настолько, чтобы увеличить количество КА в ОГ на порядки. В результате космическая система (КС) не получает нового качества. Число КА в ОГ остается не достаточным, чтобы обеспечить требования мобильности, оперативности, глобальности и тотальности использования системы для эффективного решения соответствующих задач. Снижение массы полезной нагрузки при возможном некотором увеличении эффективности выполнения целевой задачи можно считать, тем не менее, положительным эффектом применения МКА, хотя и не достаточным. Но увеличение числа КА в ОГ имеет и отрицательный эффект, который связан с тем, что происходит перегрузка системы управления КС. Системе управления теперь приходится управлять большим числом и обрабатывать большие объемы целевой информации. При использовании старых технологий управления и информационных систем суммарный эффект от применения МКА с одновременным увеличением их числа в ОГ может оказаться даже отрицательным.

Использование новых КС на основе сверхмалых космических аппаратов (СМКА), имеющих массу на два порядка меньшую, чем масса МКА, является новым перспективным направлением развития в космонавтике. Выше уже было обосновано, что создание самих СМКА и космических систем на их основе возможно только с использованием новейших технологий по всему спектру проектной, производственной, эксплуатационной деятельности, связанной с космическими системами. При этом средства выведения фактически будут выводить ту же массу, что и ранее, но это будет масса не отдельного КА, а всей орбитальной группировки – эта масса будет распределена по орбите. Интересно то, что наряду с сохранением курса на повышение мощности ракет-носителей, потребуются и ракеты малого или даже сверхмалого класса для вывода небольшого числа, а иногда и одного СМКА.

Главные проблемы создания новых космических систем лежат в сфере:

информационных технологий,

новых материалов,

принципиального изменения облика КА,

разработки конфигурации орбитальной группировки как единого распределенного объекта,

схемы вывода и восполнения орбитальной группировки,

создания системы показателей надежности и эффективности, а также способов применения новых КС.

Ниже перечислены задачи, которые необходимо решить для создания космических систем на основе СМКА:

Комплексный анализ проблем создания космических систем на основе сверхмалых КА нового поколения.

Разработка стратегий построения многоспутниковых орбитальных группировок, стратегий использования подобных систем.

Космическая связь:

оптические системы межспутниковой связи с параметрами: скорость 0.5 Гбит/с, дальность 1 тыс. км.;

связь КА с ЦУП-ом с параметрами: скорость десятки и сотни Гбит/с;

высокоскоростные лазерные каналы;

интерактивное цифровое телевидение.

Глобальные адаптивные космические сети (связь, передача данных, навигация).

Разработка концепций центров управления полетом (ЦУП), управляющих многоспутниковыми системами и подразумевающих высокую надежность, обработку сверхбольших объемов информации, автономность функционирования КА, перенос функций на борт КА, снижение участия человека в управлении отдельным КА и в управлении обеспечивающими системами в целом.

Новые технологии для создания вычислительных систем: молекулярные, атомные, биологические трехмерные, квантовые, основанные на фотонах вместо электронов.

Нейросетевые технологии.

Системы управления на основе искусственного интеллекта.

Специализированные микрочипы.

Программные средства для обработки больших объемов информации.

Создание бортового микрокомпьютера для микроспутников.

Высокоточные микромеханические системы.

Системы управления движением с использованием микродвигателей на различных физических принципах.

Системы ориентации и стабилизации на основе микроэлектромеханических приводов, ориентации по звездам, навигационным спутникам, с использованием геомагнитного поля Земли, микрогироскопов.

Высокоэффективные источники электроэнергии.

Наносистемы дистанционного зондирования, космические системы мониторинга на основе наносистем.

Разработка сверхлегких сверхпрочных материалов, сохраняющих свойства в условиях агрессивной космической среды.

Главными техническими задачами, которые необходимо решить на первых порах, являются задачи обеспечения связи и управления движением.

Трудности создания систем связи заключаются в том, что миниатюрность КА не позволяет установить на нем мощные приемники и передатчики, а также крупногабаритные маневренные антенные устройства. В тоже время связь является необходимым компонентом космического аппарата, даже для тех КА, которые не являются связными по функциональному назначению, а используют системы связи в служебных целях или для сброса целевой информации потребителю. Наличие связи позволяет говорить о единой системе, в которой находятся КА, наземные средства и потребители.

Проблема управления движением обусловлена тем, что СМКА находящиеся на низких орбитах, требуют дополнительных усилий для поддержания параметров их орбит при известных ограничениях по массе, как рабочего тела, так и двигательных установок. Предлагается четыре основных направления решения данной проблемы:

возможность использования более высоких орбит за счет совершенствования систем связи и спецаппаратуры;

разработка принципиально новых микродвигателей;

удешевление запусков СМКА и относительно частое восполнение орбитальной группировки;

использование нетрадиционных подходов с применением больших станций, космических лифтов, солнечных парусов и др.

Одной из главных проблем создания полномасштабных КС на базе СМКА является разработка систем управления. Отсутствие мощных информационных технологий по управлению многочисленной группировкой и по обработке сверхбольших объемов распределенной информации сведет на нет эффективность применения новейших технологий при построении новых СМКА. В свою очередь разработка указанных информационных систем требует создание технологического базиса информационной индустрии, который невозможен без отработки отечественных операционных систем, систем программирования, баз данных, элементной базы, аппаратных средств.

Системы управления новейших космических систем должны быть ориентированы главным образом не на поддержание работоспособности отдельного КА и управления его технологическим циклом, а на оценку состояния всей ОГ и принятия решения по ее реконфигурации и использования по целевому назначению. Значительная часть управленческих функций передается самому КА, в частности по определению положению центра масс, ориентации, работоспособности систем и др. Более того, КА должен производить на борту обработку массивов данных и передавать наземным центрам приема целевой информации результат семантического анализа.

Космические системы на базе сверхмалых аппаратов – новый класс систем

Е.В. Трошин, к.т.н.,
советник Российского Фонда развития высоких технологий

Космическая система есть единый сложный многокомпонентный многофункциональный распределенный в практически неограниченном по объему трехмерном пространстве эргатический объект.

В состав КС входят разнообразные технические подсистемы, находящиеся как на Земле, так и в космосе. Наземная компонента представляет собой совокупность удаленных друг от друга пунктов связи и управления КА, центров обработки управляющей, телеметрической и целевой информации, а также средства запуска КА, поиска и спасения спускаемых аппаратов. Космическая компонента включает в себя орбитальные группировки космических аппаратов, включающих аппараты, непосредственно выполняющие целевую задачу, а также аппараты навигации, связи, ретрансляторы, разгонные блоки и др. И на Земле, и в космосе в составе космических систем работают коллективы людей. Отдельные компоненты космических систем могут одновременно являться компонентами других КС, что является признаком интеграции КС между собой и говорит о перспективах образования единой космотехносферы.

КС представляет собой новый класс систем, являясь одновременно сложной и большой системой по классификации, принятой в теории систем. Как кибернетическая система КС обладает следующими специфическими чертами:

является всегда распределенной;

обладает высокой степенью автоматизации, имеет высокий удельный вес информационной составляющей, техническое и технологическое разнообразие;

обладает высокой устойчивостью функционирования;

подсистемы функционируют в условиях неопределенности относительно внешней среды;

является перманентно развивающейся системой;

носит ярко выраженный инновационный характер.

Совокупность признаков космической системы приводит к появлению нового класса систем, к которому и относятся все космические системы.

Системообразующим элементом КС является космический аппарат. Сверхмалые космические аппараты (СМКА), массой порядка 10 кг, необходимо рассматривается как элемент КС нового типа. Он определяет черты и характеристики такой космической системы. С другой стороны, при разработке СМКА нельзя не учитывать возможности и потребности наземной компоненты КС по управлению ОГ и обработке целевой информации. Космическая система, исходя из целевой задачи, определяет требования к СМКА, с другой стороны возможности последнего либо ограничивают возможности самой КС, либо расширяют перспективы разработки и использования КС, являются стимулом к генерации новых целевых задач, которые ранее были не доступны. Разработка всех компонент новых космических систем должна осуществляться в рамках единой системной концепции.

Космические системы, в составе которых функционируют многочисленные СМКА, должны удовлетворять требованиям глобальности, оперативности, непрерывности и тотальности.

Существенно возрастает роль управляющей подсистемы, повышается степень автономности функционирования подсистем, в частности, отдельного КА и ОГ. Автоматизированная система управления и ЦУП должны управлять не отдельным аппаратом, а всей группировкой в целом, причем, главным образом не функционированием отдельных подсистем, а целевым применением КС и осуществлять оценку его результатов.

На порядки увеличивается объем специальной информации в КС по абсолютному значению и относительно служебной информации, касающейся функционирования служебных подсистем КА и телеметрической информации.

Появляется принципиально новая подсистема разведения большого числа КА по орбите(-ам). Данная подсистема включает в себя как технические средства в виде ракет-носителей, платформ-носителей и др., так и модельное и математическое обеспечения.

Также появляется совершенно новая задача по осуществлению планово-периодических дозапусков СМКА в ОГ. Для оперативного дозапуска СМКА или при одиночных запусках, например, для проведения инспекции некоторого КА могут использоваться самолеты. Сверхмалые КА могут находиться на высокоорбитальных станциях в законсервированном состоянии, и выводиться на самостоятельные орбиты в случае необходимости.

Еще одной важной особенностью КС на основе многоспутниковых ОГ является необходимость наличия постоянно функционирующей в ЦУП-е модели всей системы, которая должна адекватно в режиме реального времени отражать состояние ОГ и всей системы и при этом позволять прогнозировать ситуацию и проводить эксперименты до выдачи управляющего воздействия.

Орбитальная группировка является компонентой космического базирования в составе КС и состоит из одного или нескольких КА.

Отличительной особенностью ОГ из СМКА является большое число аппаратов в её составе. Структура рассматриваемой ОГ является сложной. Главная ОГ может состоять из нескольких подчиненных ОГ, выполняющих частные подзадачи, при этом в составе каждой ОГ могут находиться КА различного типа и назначения.

С точки зрения теории систем орбитальная группировка является именно системой, а не просто совокупностью КА. В такой ОГ задачи КА и ОГ принципиально различны. Один СМКА не способен обеспечить выполнение целевой задачи. Это объясняется двумя разными причинами. С одной стороны СМКА может иметь ограниченные возможности относительно большого КА того же целевого назначения, и выполнение целевой задачи КС может быть достигнуто только в результате совокупного функционирования СМКА. С другой стороны функционально развитые СМКА, не уступающие большим КА, способны нагрузить КС новым классом целевых задач, которые ранее были не доступны системе с большими КА. Этот новый класс задач может быть решен только совокупностью КА.

В отчете рассматриваются ОГ, имеющие в своем составе десятки, сотни и тысячи КА. Такая многочисленная группировка для системы управления представляет собой единое целое как совокупный объект управления. Расположение элементов в пространстве не является случайным, задачи между СМКА строго распределены, функционирование отдельного СМКА в данный момент времени зависит от функционирования остальных КА и состояния всей системы, целевая информация от каждого отдельного СМКА включается в общий поток.

СМКА в ОГ находятся друг с другом в различных отношениях: по расположению в пространстве, по функциональным задачам и др. Орбитальная группировка представляет собой распределенный в пространстве искусственный многокомпонентный космический объект. Этот объект выполняет роль большой космической станции в космической системе…

Новые технологии построения космических группировок с использованием сверхмалых КА ставят ряд новых важных научных задач, к которым относятся следующие:

разработка методов оптимизации орбитальной группировки с точки зрения обеспечения максимальной пропускной способности, надежности каналов доставки сообщения, минимизации затрат на управление орбитальными группировками;

разработка методов построения наземного сегмента, оптимизации его структуры;

разработка методов маршрутизации информационных сообщений в глобальной системе спутниковой связи и ретрансляции данных на основе СМКА, организация трафика сообщений наземных абонентов.

В новых КС управление одним большим аппаратом, имеющим множество разнородных систем, сложно сконфигурированных между собой, заменяется управлением большим числом сложно сконфигурированных между собой сверхмалых космических аппаратов, имеющих высокую автономность функционирования. В АСУ космической системы смещается акцент с управления одним аппаратом к управлению всей группировкой в целом…

Анализ существующих методов построения КА показывает, что в большинстве случаев необходимо искать новые подходы, однако, при этом должен быть использован весь, опыт, накопленный в космической индустрии за прошедшие десятилетия. Более того, многие существующие сейчас системы могут быть использованы и на СМКА.

(Сокращенный вариант статьи. См. Сборник материалов Форума).

Аспекты стратегии разработки микроспутниковых систем.

Зарубежный опыт

С.Н. Ермак, д.в.н., профессор ВА РВСН им. Петра Великого

Середин С. В., первый заместитель генерального директора НПО "Орион".

Проекты создания микроспутников начинают активно разрабатываться на Западе. Спутники массой не более 10 кг называют наноспутниками. Несмотря на свой малый вес, они рассматриваются как полнофункциональные устройства для выполнения различных задач в космосе, в частности, для измерений и наблюдений из космоса. В настоящее время уже есть успешно осуществленные запуски наноспутников. К ним относятся: проект TUBSAT Технического университета в Берлине, серия наноспутников американских университетов, наноспутник SNAP-1 Суррейского университета. Первых 4 четыре аппарата массой по 12 кг были запущены для решения задач радиосвязи в США в 1990-м году. Позже подобные спутники запускали Япония, Германия, Италия, Китай, Швеция и даже Мексика. В 1997-м году NASA утвердила стратегический план «Быстрее, лучше, дешевле», направленный на активизацию внедрения в создание микроузлов космической техники современных достижений нанотехнологий, микромехатроники и молекулярной электроники. В 1998 г. эксперты и аналитики Агентства новейших оборонных исследований МО США DARPA (Defence Advanced Research Project Agency) совместно с головным НИИ ВВС США AFOSR (Air Force Office of Scientific Research) пришли к выводу о необходимости создания новых космических средств на основе последних достижений микроэлектроники. В XXI веке многие задачи в космосе будут решаться с помощью кластеров микроспутников. Так появилась программа TechSat – 21.

Характерно, что программа развития наноспутников является совместной программой ВВС США и университетской науки. Университетская составляющая – способ поддержки программы в части проектирования, создания и проведения экспериментов с помощью наноспутников. Конечной целью программы является – исследовать возможности военного использования наноспутников.

Другим существенным моментом стратегии создания принципиально новых космических систем на основе микроспутников в США является поддержка разработок фирмами, сотрудничающими с Минобороны. Эти фирмы предоставляют бесплатно консультации, установки для испытаний и спонсорскую помощь в виде комплектующих типа солнечных батарей и других типовых элементов КА. Это говорит о том, что фирмы видят перспективу в развитии рассматриваемых проектов и помогают им развиваться на ранних стадиях проектирования, когда о непосредственной отдаче от вложенных инвестиций говорить еще преждевременно.

Следует отметить, что в США 10 университетов заявили о 100 проектах, касающихся наноспутников. Это говорит о том, что американская наука и даже государственные ведомства давно прошли стадию теоретического осмысливания целесообразности и возможности осуществления подобных проектов и начинают осуществлять крупномасштабное наступление в области новейших технологий. При этом военный аспект, как обычно, оказывается превалирующим.

Ниже названы несколько проектов в области миниатюрной космонавтики, информация по которым взята из журнала «Новости космонавтики».

«3^Sat», «Three Corners Satellites» («3 спутника по углам») – демонстрация стереосъемки, межспутниковой связи типа сотовой телефонной связи и новой системы команд управления и сбора данных. Каждый спутник будет иметь микродвигатель с использованием стандартной схемы: рабочее тело-окислитель, микропроцессор, который обеспечивает все функции спутника и межспутниковую связь. Для удешевления и упрощения конструкции используются также опробованные решения – подсистема ориентации на базе гравитационных штанг, ориентации по GPS-приемнику и звездному датчику, солнечные батареи с ФЭП на арсениде галлия размещены на корпусе. Четыре CMOS-камеры, каждая из которых с раскрытием 15°, образуют композитный кадр с углом обзора 54°.

«ION-F» имеет целью ионосферные наблюдения с разнесенных спутников с малой базой. Основная научная задача – измерение параметров ионосферы сразу из трех разнесенных точек. Тем самым удается получить очень высокое временное и пространственное разрешение. В эксперименте ставится и технологическая задача – отработать маневрирование спутников на орбите. Два КА будут иметь плазменные ДУ, и по командам с Земли будет реализовано маневрирование относительно третьего спутника. Высота орбиты этих спутников будет составлять 360 км. Все остальные параметры спутников стандартные. Они будут иметь системы электропитания, ориентации, навигации и связи. В системе ориентации будут использованы микродвигатели по технологии микроэлектромеханических систем (MEMS, micro-electro-mechanical systems), будет опробован гравитационный стабилизатор в виде длинной ленты.

«Эмеральд» – разработка и испытания технологий управления движением спутников. На двух спутниках будут опробованы изменения орбиты за счет торможения специальными панелями и работы микротрастеров. Конструктив спутников сделан так, что позволяет менять полезную нагрузку, не меняя общие размеры и технологические системы. Средняя электрическая мощность на борту – 7 Вт, питание – 5 В, линия телеметрии – 9600 бод. Система управления построена на базе микропроцессора с радиационной защитой. Терморегулирование пассивное, с использованием тканевой термоизоляции.

«Constellation Pathfinder» («Первопроходец созвездий») – пример самого простого наноспутника, предназначенного для отработки технологических задач, возникших при постановке проекта, который заключается в следующем. Предполагается запустить в околоземное пространство на эллиптическую орбиту в несколько радиусов Земли около сотни микроспутников. Они позволят получить детальную пространственно-временную картину возмущений космического пространства. Задача создать и запустить созвездие из сотни спутников с изменяемыми орбитами представляется не простой, для отработки некоторых технологических задач и предполагается использовать наноспутник. Масса спутника составит всего 1 кг, но он будет иметь все функции полноразмерного аппарата. Предполагается запустить его с шаттла. В эксперименте будет опробован простой и экономичный магнитометр, технология передачи данных с малой мощностью бортового передатчика и система приема и обработки данных с большого числа идентичных аппаратов.

«Солнечная вертушка» – реализация идеи солнечного паруса: Solar Blade Heliogyro Nanosatellite. Разработчики утверждают, что построить солнечный парус для аппарата массой в несколько сот килограмм невозможно, а для наноспутника массой в 5 кг – вполне реальная задача. Самое важное в этом эксперимента, кроме самого паруса – оперативное управление спутником и слежение за его орбитальным положением. Поэтому он будет иметь весь набор приборов для определения параметров орбиты. Расчетная мощность солнечных батарей должна составить 28 Вт.

По программе NASA при участии Пентагона отрабатывается компьютерная программа КАСПЕР, которая должна управлять 3-мя спутниками массой по 15 кг, как единым распределенным объектом без участия человека. Это говорит о том, что американские разработчики понимают важность создания систем управления многоспутниковыми орбитальными группировками из миниатюрных КА.

В качестве одного из компонентов американской Национальной противоракетной обороны (НПРО) предполагается использовать орбитальную группировку из 15¸20 тысяч спутников массой 8¸10 кг, называемых наноперехватчиками. Один шаттл способен доставить на орбиту за один раз 3 тысячи таких аппаратов. Кстати, это уже не информационная задача, хотя без информационной поддержки такая система функционировать не может. Есть основания полагать, что стратегический курс на миниатюризацию в космосе американцы взяли еще при разработке программы СОИ. Советские ученые в 80-е годы говорили о невозможности осуществления СОИ прежде всего в виду огромных затрат на ее реализацию. Использование сверхмалых аппаратов позволяет всерьез говорить о практическом выполнении проектов создания глобальных систем противоспутниковой и противоракетной обороны. Президент США Л. Джонсон сказал: «Британцы господствовали на море и руководили миром. Мы господствовали в воздухе и были руководителями свободного мира с тех пор, как установили это господство. Теперь это положение займет тот, кто будет господствовать в космосе». Опоздание в создании принципиально новых космических систем равносильно потере стратегического равновесия и безопасности страны.

Рассмотрение проектов, разрабатываемых в США, позволяет увидеть тенденцию, заключающуюся в том, что МО США активно сотрудничает с научными структурами и, преследуя военные цели, участвует в проведении чисто научных экспериментов. Это позволяет, во-первых, привлечь дополнительные средства, во-вторых, создать рынок новых технологий в космические разработки. К участию в этой работе повернулось и NASA, и ведущие фирмы США. Кроме того, университеты совместно с МО начинают подготовку молодых кадров в области разработки и эксплуатации наноспутников и непосредственное «обучение на живых спутниках» студентов университетов.

Еще великий Менделеев говорил, что технологии могут быть только отечественными. Покупать технологии или готовые образцы техники целиком, значит, всегда отставать и быть управляемыми извне как в экономическом, так и в военном отношениях. С миниатюрной техникой ситуация особая. По чужим технологиям производить миниатюрные космические аппараты смогут даже такие страны, как Финляндия (пример тому Nokia). Не развернув активно работы по созданию новейших космических систем на основе новейших технологий, завтра мы потеряем статус великой космической державы.

Подобные работы должны вестись совместно фундаментальной и прикладной (отраслевой) наукой, промышленностью различных отраслей при самой активной поддержке государства. Такая поддержка должна отражаться в федеральной целевой программе и обеспечиваться бюджетным финансированием разработок в области новейших технологий.

Опыт проектирования и изготовления СБИС типа «система на кристалле» для специальной электроники

Ю.И.Борисов, Генеральный директор

ЗАО Научно-технический центр “Модуль”

Современная полупроводниковая технология позволяет реализовать на одном кристалле устройства, ранее размещавшиеся на нескольких печатных платах и/или стойках. Эти возможности дали начало следующему этапу развития электронной техники. Особенностью этого этапа (на предыдущем этапе преобладала тенденция создания универсальных программно управляемых устройств) становится широкое использование специализированных СБИС, совмещающих многие функции конечного устройства, на кристалле которых размещаются как устройства цифровой обработки информации (процессорные ядра), интерфейсные устройства, системы хранения информации (ОЗУ и ПЗУ), так и преобразователи сигналов (LVDS, ADC, DAC) и т.д.

Сложность таких СБИС может достигать десятков и сотен миллионов транзисторов. Одна СБИС становится способной заменить целую систему обработки информации. Так как в большинстве используемых систем информация присутствует как в цифровом, так и в аналоговом виде, прогнозируется быстрый рост числа СБИС со смешанной аналоговой и цифровой обработкой информации.

Существенные преимущества перехода к «системам на кристалле» очевидны. Они позволяют резко сократить массогабаритные характеристики, сократить потребляемую мощность, повысить производительность и надежность. Новые системы проектирования СБИС класса «система на кристалле» уже получили эффективные инструменты логического и физического синтеза и верификации проектов с субмикронными проектными нормами 0,25мкм – 0,09 мкм и менее, чтобы обеспечить достаточно короткий цикл проектирования.

Опыт разработки СБИС НТЦ «Модуль».

Как известно, одними из самых сложных устройств современного вооружения являются средства и комплексы радиоэлектронной борьбы (РЭБ), основные тактико-технические характеристики и эксплуатационные показатели которых определяются уровнем применения современных технологий.

Важнейшими и наиболее сложными узлами современных средств РЭБ являются цифровые системы запоминания сигналов, именуемые за рубежом - Digital Radio Frequency Memory (DRFM). В состав системы DRFM входят аналого-цифровые преобразователи, цифро-аналоговые преобразователи, управляющие процессоры, память, библиотеки сигналов, имитаторы сигналов, и т.д.

НТЦ «Модуль» в 2002г. создал основу цифровой системы запоминания с самыми передовыми характеристиками, превышающими мировой уровень, СБИС DSM (Digital Signal Memory) (рис. 1). Микросхема изготовлена по стандартной кремниевой планарной КМОП технологии, и имеет небольшую потребляемую мощность около 4 Вт. Микросхеме присвоен серийный номер 1879ВМ3.

СБИС 1879ВМ3 (DSM) представляет собой быстродействующую систему запоминания и обработки сигналов класса «система на кристалле» со встроенными аналого-цифровыми (АЦП) и цифро-аналоговыми (ЦАП) преобразователями, которая может использоваться в системах цифровой обработки сигналов.

Микросхема 1879ВМ3 (DSM) предназначена для предварительной обработки широкополосных радиосигналов, формирования потока данных для вторичной обработки цифровым процессором сигналов (ЦПС), восстановления радиосигнала после вторичной обработки.

Новая постановка задачи.

Анализ современного состояния полупроводниковой техники и уникальный опыт создания высокопроизводительных СБИС для обработки сигналов, привел нас к постановке новой задачи – созданию современной элементной базы для широкого класса задач приема и обработки аналоговых сигналов.

При этом технологии цифровой обработки сигналов играют определяющую роль в создании малогабаритных с низким энергопотреблением электронных систем военного и двойного назначения. Требования к системам обработки сигналов постоянно возрастают. Возникает необходимость проведения цифровой обработки сигналов непосредственно с выхода приемника (датчика). При этом выбранные алгоритмы обработки могут быть выполнены тем эффективнее, чем точнее преобразован (оцифрован) сигнал и чем на более ранних стадиях обработки будет произведено преобразование сигнала в цифровой код. Таким образом, в радиосистемах возникает необходимость обработки сигналов до промежуточной частоты, в оптоэлектронных системах – непосредственно с фотоприемного устройства и т.д. Благодаря введению предварительной обработки сигнала на ранних стадиях значительно снижаются информационные потоки, поступающие для вторичной обработки.

Применение цифровой обработки сигналов дает разработчику и потребителю существенные преимущества по сравнению с традиционными аналоговыми решениями.

В настоящее время разработчики аппаратуры приема и обработки аналоговых сигналов решают задачи с применением зарубежной элементной базы. Используются быстродействующие преобразователи аналоговых сигналов АПЦ и ЦАП таких ведущих производителей как Analog Devices, Maxim и других. Цифровая обработка сигналов выполняется в несколько этапов. На этапе предварительной обработки, характеризующейся чрезвычайно большими потоками данных, приходится реализовывать специализированные алгоритмы фильтрации, корреляционной обработки, детектирования сигналов аппаратными средствами на базе высокоинтегрированных (до 10млн системных вентилей) и высокоскоростных (тактовая частота до 400МГц) ПЛИС (типа Virtex от Xilinx, APEX от Altera).

Такой подход имеет ряд достоинств:

· использование серийных микросхем, возможность использовать широкий диапазон преобразователей аналоговых сигналов,

· короткий цикл разработки цифровой аппаратуры и возможность многократной корректировки проекта благодаря программированию ПЛИС.

· Однако, существуют проблемы, которые затрудняют использование, а в ряде случаев и делают невозможным реализовать этот способ:

· высокая цена комплектующих от нескольких сотен до нескольких тысяч USD за корпус,

· повышенное энергопотребление и габариты конечного изделия,

· существующие ограничения на применение элементной базы,

· невозможность обеспечить требования устойчивости к специальным воздействиям.

В этих условиях представляется целесообразным создание отечественной элементной базы, позволяющей создавать аппаратуру приема и обработки сигналов, отвечающую самым современным требованиям.

Анализ показал, что возможно интегрировать на одном кристалле высокоскоростные преобразователи аналоговых сигналов и их цифровую обработку. Создание СБИС для широкого круга задач позволит:

сократить затраты на комплектующие до 100 USD за корпус,

реализовать многоканальную обработку в каждой СБИС,

сократить потребляемую мощность и габариты аппаратуры в несколько раз,

повысить надежность аппаратуры,

упростить наладку аппаратуры,

достичь требуемой обработки сигналов путем перепрограммирования исполнительных узлов СБИС,

обеспечить технологическую независимость и безопасность, т.к. имеется полная информация о проекте (схема и топология)

возможность изготавливать на отечественных фабриках, провести аттестацию СБИС и включить ее в список микросхем, разрешенных к применению,

Недостатками данного подхода можно считать ограничение выбора преобразователей аналоговых сигналов и высокую стоимость финансирования разработки, изготовления и аттестации СБИС.

Описанный подход становится предпочтительным при объемах выпуска не менее 10 тысяч микросхем.

Выводы

Предложенная архитектура СБИС приема и обработки сигналов позволяет унифицировать решение задач приема и предварительной обработки сигналов в различных областях техники - радиолокации, связи и телекоммуникациях, обработке видео изображений и в других областях. Она расширяет возможности цифровой обработки в приемных и передающих трактах. В архитектуре СБИС заложены широкие возможности адаптации алгоритмов обработки, а также реализуемость в виде системы на одном кристалле СБИС и предусмотрено применение процессорного ядра NMC2. Благодаря своей универсальности СБИС приема и обработки сигналов могут применяться совместно с различными типами внешней памяти и процессоров цифровой обработки сигналов, в частности с процессорами семейства Л1879ВМ1 и 1879ВМ3.

(Сокращенный вариант статьи. См. «Сборник материалов Форума).

Космическая система мониторинга окружающей среды «Канопус» на базе МКА

Чернявский Г.М., член-корреспондент РАН

Мирошниченко Л.А., к.т.н.

ФГУП «Научный центр космических информационных систем и технологий

наблюдения»

Космическое дистанционное зондирование Земли (ДЗЗ) предоставило уникальную возможность оперативного получения гидрометеорологической информации с высоким пространственным и временным разрешением и с охватом наблюдениями больших территорий. Это свойство ДЗЗ особенно актуально для России, регионы которой занимают огромные пространства. Для получения информации, освещающей территорию нашей страны, оптимально использовать орбитальную группировку спутников на приполярных круговых орбитах. Это обстоятельство предопределило создание в 70-е годы отечественной космической системы гидрометеообеспечения из полярно-орбитальных спутников типа «Метеор».

В связи с резким сокращением в 90-х годах финансовой поддержки космической деятельности со стороны государства Россия практически лишилась национальных средств космического мониторинга окружающей среды. За последние 10 лет на орбиту выведен один космический аппарат (КА) «Метеор – 3М» №1.

Воссоздание космических средств, оснащенных разнообразным составом бортовой измерительной аппаратуры и имеющих значительную массу (масса КА «Метеор – 3М» №1 составляет 2600 кг), требует для запуска дорогостоящих средств выведения среднего класса.

Применение прогрессивных космических технологий построения конструкции КА с обеспечением работоспособности бортовой аппаратуры в открытом космическом пространстве, использование бортовой вычислительной машины для управления полетом, микроминиатюризация бортовой аппаратуры, модульный принцип построения КА, достижения в создании бортовой измерительной аппаратуры, обеспечение жестких требований к тепловым режимам фоточувствительных элементов дальнего ИК диапазона пассивным радиационным холодильником позволяют по новому подойти к проблеме создания космической системы мониторинга окружающей среды.

В состав бортовой измерительной аппаратуры ДЗЗ включается минимальный набор приборов (в пределе – один), способных обеспечить решение поставленных задач. Конструктивно КА выполняется в виде МКА, запускаемых на орбиту ракетами-носителями легкого класса, в том числе конверсионными. При этом задача мониторинга решается с наименьшими затратами.

Космическая система мониторинга окружающей среды «Канопус» создается на базе примененного в КА «Метеор-ЗМ» №1 многофункционального прибора МТВЗА, а также маломассогабаритных космических аппаратов (МКА) массой 400 кг.

Прибор МТВЗА предназначен для температурного и влажностного зондирования атмосферы, относится к классу спутниковых микроволновых радиометров нового поколения, совмещающих в себе функции сканера и зондировщика. Он обеспечивает зондирование системы океан-атмосфера как в окнах прозрачности атмосферы, так и в линиях поглощения кислорода (52-57 ГГц) и водяного пара (183 ГГц). По своим информационно-техническим характеристикам радиометр МТВЗА не уступает лучшему зарубежному аналогу SSM/IS и позволяет получать необходимую информацию для мониторинга окружающей среды.

Для расширения информационных характеристик космической системы мониторинга окружающей среды «Канопус» бортовая измерительная аппаратура усовершенствована (в состав сканера / зондировщика дополнительно к СВЧ введены средства зондирования в видимом и ИК диапазонах электромагнитного спектра).

Отработка оптико-микроволнового сканера/зондировщика МТВЗА-ОК в натурных условиях предусмотрена в составе КА «Сич-1М», запуск которого намечен на 2004 г.

Бортовая измерительная аппаратура МКА «Канопус» состоит из:

модуля оптико-микроволнового сканера / зондировщика (МОМСЗ), включающего многоканальный СВЧ-радиометр, пятиспектральную камеру видимого и ближнего ИК-диапазона, двухспектральную камеру среднего ИК-диапазона, которые установлены на единой сканирующей платформе;

модуля ИК-сканера (МИКС), включающего трехспектральную камеру дальнего ИК диапазона, радиационный холодильник, систему сканирования и калибровки;

модуля спектрозональной камеры высокого разрешения (МСЗК-ВР), включающего пятиспектральную камеру видимого и ближнего ИК диапазона, двухспектральную камеру ближнего ИК диапазона, блок управления и систему сканирования;

модуля сбора и передачи данных (МСПД), включающий блок накопления данных (БНД), блок радиопередатчиков 1.7 ГГц и 8.2 ГГц и коммутатор.

МКА космической системы мониторинга окружающей среды «Канопус» функционируют на круговой солнечно-синхронной орбите высотой 650 – 700 км. В состав орбитальной группировки системы в зависимости от потребной оперативности получения информации входят 2 – 5 МКА.

Космическая система «Канопус» обеспечивает:

определение вертикальных профилей температуры и влажности атмосферы;

определение интегральной влажности атмосферы, водозапаса облаков, интенсивности осадков;

определение скорости и направления приводного ветра;

определение температуры поверхности океана;

глобальный мониторинг облачного покрова;

мониторинг ледовых и снежных покровов;

исследование растительного покрова;

мониторинг лесных пожаров;

определение температуры и влажности почв;

определение цветности и биопродуктивности вод океана;

диагностика процессов деятельного слоя океана (внутренние волны, фронтальные зоны, синоптические вихри, волны Россби и др.);

ранняя диагностика тайфунов и ураганов;

исследование Эль-Ниньо.

Развитие российской части международной системы поиска и спасания КОСПАС-САРСАТ на базе перспективного малого КА «СТЕРХ»

Ю.М. Урличич, к.т.н., генеральный директор,

И.В. Никушкин, начальник отделения,

В.И. Рогальский, к.т.н., начальник отдела,

Федеральное государственное унитарное предприятие

«Российский научно-исследовательский институт

космического приборостроения», Москва

Система КОСПАС – российская часть международной системы КОСПАС-САРСАТ – предназначена для быстрого и точного определения координат судов и самолетов, терпящих бедствие в любой точке Земного шара с целью существенного сокращения времени и затрат на поисково-спасательные операции. ФГУП «РНИИ КП» является головной организацией в России по системе КОСПАС.

Помимо СССР (России) в создании космического сегмента системы КОСПАС-САРСАТ участвовали США, Канада и Франция, обязательства их сторон были определены в 1988 г. в «Соглашении по международной программе КОСПАС-САРСАТ».

За 20 лет эксплуатации при использовании системы КОСПАС-САРСАТ спасено более 17000 человек, из которых почти 700 россиян.

В настоящее время в системе используется 6 низкоорбитальных и 4 геостационарных ИСЗ, на судах и самолетах установлено около 300 тыс. аварийных радиобуев (АРБ).

В 2002 г. запуском КОСПАС-10 закончилась эра использования «больших» спутников в системе КОСПАС.

С учетом опыта эксплуатации и новых достижений в области элементной базы и микротехнологии происходит периодическая модернизация, бортовой и наземной аппаратуры системы.

В настоящее время омское КБ «Полет» заканчивает проектирование специализированного малого КА «Стерх» для системы КОСПАС. Бортовой комплекс МКА «Стерх» имеет интегрированную электронную систему, выполняющую функции телеметрической, командно-программной подсистемы, бортового комплекса управления МКА и определения местоположения МКА с помощью глобальной навигационной системы ГЛОНАСС.

Бортовой комплекс МКА «Стерх» использует цифровые методы обработки сигналов, передаваемых АРБ. Вся аппаратура МКА работает в открытом космосе не менее 5 лет.

Согласно планам Российского космического агентства первый МКА «Стерх» будет запущен в начале 2006 г. и в дальнейшем группировка из двух МКА будет поддерживаться до 2015-2020 гг.

Существенная модернизация наземной аппаратуры системы на базе современной элементной базы, с использованием сигнальных процессоров и микротехнологий, осуществляется в перспективных АРБ и наземных станциях приема и обработки.

С 2002 г. во ФГУП «РНИИ КП» ведутся проектные работы по созданию перспективной системы поиска и спасания, обеспечивающей точность определения АРБ£30 м, время задержки <5 минут и глобальную зону обслуживания за счет размещения бортовой аппаратуры поиска и спасания на 24-х среднеорбитальных ИСЗ «ГЛОНАСС-К».

Тесная интеграция двух глобальных космических систем (поиска-спасания и навигации) обеспечивает дополнительные возможности для эффективного поиска и спасания: двухстороннюю связь между терпящим бедствие и Службами поиска и спасания, а также существенное уменьшение вероятности «ложных» вызовов.

В докладе приводятся технические, эксплуатационные и технико-экономические характеристики системы КОСПАС на базе МКА «Стерх», указываются используемые микротехнологии и новые технические решения.

Миниатюризация изделий ракетно-космической техники - прямой путь к нанотехнологии

В.В. Булавкин, д.т.н., профессор,
Ю.Ф. Назаров, д.т.н., профессор
В.Х. Постаногов , к.т.н., доцент,

ФГУП «НПО Техномаш»

Важнейшей тенденцией в области развития современной космической техники является миниатюризация всех ее компонентов и систем. Именно благодаря внедрению передовых технологий миниатюризации станет возможным резкое уменьшение массы, объема космического аппарата и расхода топлива, что обеспечит снижение затрат на каждый пуск и откроет новые возможности для космических транспортных систем. Другое существенное преимущество, вытекающее из использования технологии миниатюризации, – это обеспечения значительно более высокой надежности полётов и повышение их безопасности.

Миниатюризация позволяет создавать КА массой в сотни и десятки килограмм, которые способны выполнять задачи, которые 20 лет назад были по силам лишь многотонным спутникам. Условно миниатюризация изделий РКТ предусматривает создание наноспутников массой до 10 кг, микроспутников массой до 100 кг и малых спутников массой от 100 до 500 кг.

В США проводятся работы по созданию наноспутников для запуска в околоземное пространство на эллиптическую орбиту в несколько десятков радиусов Земли. Задача создать и запустить созвездие из сотни наноспутников с изменяемыми орбитами, которые позволяют получить пространственно-временную картину возмущений космического пространства.

В 2003 году РН «Рокот» вывел на орбиту 2 микроспутника и 4 наноспутника, масса каждого из них составляет 1 кг. Кроме того, примером миниатюризации может служить и британский спутник SNAP - 1, запущенный в 1999 году, массой 6,5 кг, который имеет двигательную установку с силой тяги 10 г/с, Миниатюризация изделий даёт толчок к развитию нанотехнологии, в первую очередь для элементов систем управления, на примере микроэлектромеханических систем (МЭМС).

Миниатюрность изделий МЭМС, являющаяся их характерной особенностью, обуславливает такие исключительно важные с точки зрения применения в космической технике свойства изделий, как портативность, высокий срок службы (предельно малые массы элементов минимизируют вибрационные и инерционные перегрузки), низкое потребление энергии, простота в обслуживание и замене.

Применение МЭМС позволяет приблизительно на порядок уменьшить размеры, массу и потребление энергии аэрокосмических систем. В качестве примеров успешного применения МЭМС в космической технике можно упомянуть кремневые гироскопы, акселерометры, клапаны, микроисточники энергии, системы химического и биологического анализа, высокочастотные оптические и механические фильтры и др.

Приводы и двигатели, созданные по технологии МЭМС, будут способны обеспечить значительные силы и крутящие моменты и заменят обычные механизмы.

Особый интерес для космоса представляет применение электростатических приводов в качестве микропереключателей СВЧ – сигналов, перспективных для использования в космических системах связи, построенных из пикоспутников. Возможность изготовления электромеханических переключателей на одном кристалле с наноэлектронными компонентами открывает перспективу создания систем с более высокой функциональностью.

Отличительной чертой космической техники будущего будет являться её структура, состоящая из интегрированных в единое целое параллельных и распределенных десятков тысяч миниатюрных адаптивных и интеллектуальных ячеек типа «сенсор - процессор - активатор». Применение таких ячеек позволит существенно расширить функциональные возможности существующих изделий космической техники, а также создать принципиально новые типы пикоспутников, устройств и приборов космического назначения. Примером могут служить разработки реактивных двигателей, имеющих габаритные размеры порядка 12 х 15 х 2,5 мм и позволяющих создавать тягу до 1 кг, пикоспутников связи массой до 250 г.

Миниатюризация изделий РКТ требует применения новых материалов. Это в первую очередь Материалов имеющих наноразмерную структуру, которые имеют возможность, используя процессы самоорганизации и самосборки, получать материалы не методом «сверху - вниз», а методом «снизу - вверх».

Такие материалы могут быть в 10 раз прочнее стали, и обладать малой массой. К таким материалам можно отнести фуллерены – производные графитов, которые имеют кристаллическую гранецентрированную кубическую решетку с молекулами С60. фуллерены обладают уникальными свойствами – упругостью, пластичностью и высокой твёрдостью (алмаза).

При испытании на удар со скоростью 27000 км/час (орбитальная скорость Шаттла) фуллереновые шарики отскакивали от стальной поверхности как резиновые.

Уникальным конструктивным материалом, который может применяться на малых КА, является нанофазная «гибкая» керамика, которая включает в себя оксидную и нитридную составляющие с величиной зерна менее 70 нанометров.

Направлениями в нанотехнологии, применяемыми в изделиях РКТ, является повышение производительности базовых компьютеров в системах управления в миллионы раз за счет применения наноэлектроники, также создание высокоотражательных систем (солнечное, лазерное излучения, зеркала космических телескопов).

В ФГУП «НПО «Техномаш» разработаны теоретические основы наномеханической обработки деталей РКТ, которые дали возможность реализовать ряд технологий обработки на практике. При этом была установлена взаимосвязь параметров поверхности и эксплуатационных характеристик через величину работы выхода электрона. Наличие такой взаимосвязи позволило обеспечить заданные эксплуатационные характеристики деталей. Это в первую очередь относиться к созданию ультрадисперсных абразивных сред, которые обеспечили обработку деталей с манометрической точностью. Кроме того, созданы технологии наноточения деталей из цветных сплавов, обеспечивающих супергладкую ювенильную поверхность с высокой отражательной способностью.

Семейство технологических наноспутников для экспериментальных исследований

Ю.М. Урличич, к.т.н., генеральный директор,

А.С. Селиванов, д.т.н., профессор, первый заместитель генерального конструктора,

О.Е. Хромов, заместитель генерального конструктора

Федеральное государственное унитарное предприятие

«Российский научно-исследовательский институт

космического приборостроения», Москва

В более ранних сообщениях были рассмотрены проекты малоразмерных спутников нанокласса, предназначенных для экспериментальной отработки в условиях реального космического полета новых технологий управления космическими аппаратами и передачи как служебной, так и целевой информации, например, информации от приборов дистанционного зондирования земли (ДЗЗ). Рассматривалась также концепция построения и состав приборов технологического наноспутника ТНС-1.

Конструктивно ТНС-1 представляет собой круглую панель, выполненную из сотового материала, одна сторона которой занята солнечными батареями, а на другой стороне крепятся все приборы, относящиеся как к служебным системам, так и к целевой нагрузке. ТНС-1 должен стабилизироваться вращением в плоскости синхронно-солнечной орбиты с высотой примерно 650 км.

Вращение производится вокруг центральной оси, перпендикулярной установочной панели со скоростью 1-3 оборота в минуту. Стабилизация поддерживается с помощью системы магнитных токовых катушек, управляемых от микропроцессора, обрабатывающего показания трехосного магнетометра и двух солнечных датчиков.

Командная информация передается на КА через одну из мировых телекоммуникационных систем, например, по цепочке ИНТЕРНЕТ-ГЛОБАЛСТАР. Космический аппарат, таким образом, является абонентом системы ГЛОБАЛСТАР и может передавать на землю телеметрические данные о состоянии систем и квитанции о прохождении команд. Возможно также использование другой глобальной космической системы связи, а именно ОРБКОММ, которая уже применялась на ряде зарубежных малоразмерных КА.

На краях базовой панели ТНС-1 со сдвигом на 1800 устанавливаются две цифровые фотокамеры коммерческого производства фирмы SONY. Они выполняют съемку поверхности земли с разрешением около 100 метров и максимальным захватом 290 км. Экспонирование каждой из двух камер происходит в момент, когда она направлена в надир. Этот момент определяется по показаниям датчика горизонта. Через половину оборота спутника экспонируется вторая камера. Изображения, полученные камерами в стандарте RGB, запоминаются и передаются по специальному радиоканалу с помощью передатчика мощностью около 5 ватт в радиодиапазоне 1,7 ГГц со скоростью 665 кбит/с, что соответствует формату НОАА. Бортовой антенной служит полуволновой диполь, расположенный по оси вращения КА. На земле могут быть использованы станции с антеннами диаметром примерно 2,5 м и персональными компьютерами.

Описанная технология получения и передачи изображений на “персональные” станции представляет интерес для решения широкого круга задач в области землеведения, экологии и образовательных нужд. Проверка этой концепции в реальных условиях составляет одну из задач данного пилотного проекта и при положительном результате может стать основой для создания группировки малоразмерных КА работающей в эксплуатационном режиме.

Важным моментом являются экспериментальные исследования каналов передачи и приема служебной информации с использованием глобальных космических систем связи ГЛОБАЛСТАР и ОРБКОММ. Обе эти системы находятся сегодня в режиме постоянной эксплуатации и устойчиво работают с большим числом наземных абонентов. Система ГЛОБАЛСТАР обеспечивает передачу голосовой информации (что в данном случае не нужно) и цифровых потоков со скоростью 9,6 кбит в секунду. Ее спутники летают на высоте 800 км. Условия работы абонентской аппаратуры этих систем на борту КА существенно отличаются от наземных по относительным скоростям движения и взаимному расположению системы спутник-абонент, а также по диаграммам направленности приемно-передающих антенн. Моделирование условий связи показывает, что свободный бесперебойный доступ с земли к КА не гарантирован, но более точную оценку сделать затруднительно из-за отсутствия необходимых данных по абонентской аппаратуре, включая реальные диаграммы направленности антенн на ТНС-1 и случайный характер взаимодействия ТНС-1 с космическими группировками систем связи.

Учитывая принципиально важное значение, которое имеют служебные каналы связи, целесообразно провести их экспериментальную проверку в реальных условиях работы через системы ГЛОБАЛСТАР и ОРБКОММ. Как один из вариантов для этой цели был разработан простейший технологический наноспутник ТНС-0, главной задачей которого является проведение данного радиотехнического эксперимента. ТНС-0 имеет массу 4,5 кг, не требует сложной системы ориентации и стабилизации, поскольку не оснащен солнечными батареями. В качестве источника энергии на нем будет использована литиевая батарея емкостью 10 А.часов. Должны устанавливаться два модема и соответствующие антенно-фидерные устройства систем ГЛОБАЛСТАР и ОРБКОММ, а также простейшая телеметрическая система и бортовой таймер, обеспечивающий программное включение указанных модемов, позволяющих периодически производить оценку условий передачи данных по линии связи. Таким образом, работа планируется как сеансная, с перерывами на анализ и обработку полученных данных. Предполагается, что программа работы может быть выполнена в течение двух-трех месяцев, после чего ТНС-0 прекратит существование.

В качестве другого варианта рассматривается возможность проверки на ТНС-0 только работы через систему ГЛОБАЛСТАР. При этом для получения независимых данных о работоспособности спутника предлагается установка на нем абонентской аппаратуры аварийной космической системой КОСПАС-САРСАТ.

Платформу ТНС-0 в перспективе можно будет использовать для других краткосрочных экспериментов в космосе, включая и некоторые научные исследования и испытания отдельных узлов и приборов. Учитывая малую массу ТНС-0, представляется возможным его запуск в качестве дополнительной полезной нагрузки при запуске других космических аппаратов, а также с борта международной космической станции.

Более сложный аппарат ТНС-1 является платформой, которая может быть использована для отработки методов и приборов, требующих более длительного функционирования в космосе. Это могут быть также научные исследования околоземного космического пространства и атмосферы земли, новые системы передачи данных.