Развитие малых космических аппаратов и систем деорбитинга: обзор исследований в области формирования рынка Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

Вестник Евразийской науки / The Eurasian Scientific Journal https://esi.today 2019, №1, Том 11 / 2019, No 1, Vol 11 https://esj.today/issue-1 -2019.html URL статьи: https://esj.today/PDF/04ECVN119.pdf Статья поступила в редакцию 11.12.2018; опубликована 07.02.2019 Ссылка для цитирования этой статьи:

Шамардина О.В., Лысков К.В., Глушко В.О., Разумова Ю.В., Виштак К.О., Закирничная Е.Е. Развитие малых космических аппаратов и систем деорбитинга: обзор исследований в области формирования рынка // Вестник Евразийской науки, 2019 №1, https://esj.today/PDF/04ECVN119.pdf (доступ свободный). Загл. с экрана. Яз. рус., англ.

For citation:

Shamardina O.V., Lyskov K.V., Glushko V.O., Razumova Ju.V., Vishtak Ch.O., Zakirnichnaya E.E. (2019). The development of small spacecraft and de-orbiting systems: review of research in the area of market formation. The Eurasian Scientific Journal, [online] 1(11). Available at: https://esj.today/PDF/04ECVN119.pdf (in Russian)

УДК 330.322 ГРНТИ 06.58.01

Шамардина Ольга Викторовна

ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия

Школа экономики и менеджмента Профиль «Экономика фирмы и отраслевых рынков» Студентка 2 курса магистратуры направления «Экономика»

E-mail: ovsh23@mail.ru РИНЦ: https://elibrary.ru/author_profile.asp?id=854053

Лысков Константин Вячеславович

ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия

Школа экономики и менеджмента Профиль «Экономика фирмы и отраслевых рынков» Студент 2 курса магистратуры направления «Экономика»

E-mail: kosuij3@gmail.com

Глушко Виктория Олеговна

ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия

Школа экономики и менеджмента Профиль «Экономика фирмы и отраслевых рынков» Студентка 2 курса магистратуры направления «Экономика»

E-mail: viktoriya39642@mail.ru

Разумова Юлия Викторовна

ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия

Школа экономики и менеджмента Профиль «Экономика фирмы и отраслевых рынков» Профессор кафедры «Экономика предприятия» Доктор экономических наук E-mail: razumova.yuv@dvfu.ru

Виштак Кристина Олеговна

ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия

Школа экономики и менеджмента Профиль «Логистика и управление транспортными перевозками на рынках АТР» Студентка 2 курса магистратуры направления «Экономика»

E-mail: vishtak.k@mail.ru

Закирничная Екатерина Евгеньевна

ФГАОУ ВО «Дальневосточный федеральный университет», Владивосток, Россия

Школа экономики и менеджмента Профиль «Логистика и управление транспортными перевозками на рынках АТР» Студентка 2 курса магистратуры направления «Экономика»

E-mail: katerina_924@mail.ru

Развитие малых космических аппаратов и систем деорбитинга: обзор исследований в области формирования рынка

Аннотация. Со времен запуска первого космического аппарата спутниковые технологии стремительно развивались и изменили жизнь человечества. Современного человека невозможно представить без спутниковой связи. На орбите земли насчитывается сотни малых космических аппаратов, которые обеспечивают нас: региональной и глобальной системой связи, а также позволяют проводить исследования земной поверхности, солнечной системы, и т. д. Именно поэтому проблема образования космического мусора - засорения околоземного космического пространства отработавшими срок и/или вышедшими из строя космическими аппаратами, актуальна на сегодняшний день. В статье на основе открытых данных «количества запущенных спутников формата Cubesat» был производен прогнозный анализ до 2023 г. В ходе исследования была проведена классификация систем увода малых космических аппаратов с различных околоземных орбит, позволившая выделить перспективные направления развития технологий увода малых космических аппаратов. Также в статье проведен PESTEL-анализ, который позволил выделить факторы внешней среды, воздействующие на потенциальных покупателей технологий деорбитинга малых космических аппаратов. Полученные результаты исследования позволяют утверждать о повышении спроса на малые космические аппараты за счет появления в отрасли частных компаний, формирования новых спутниковых группировок, потребностей государства. Разработки в области деорбитинга позволят, в случае успеха, адаптировать технологию для всех малых спутниковых аппаратов. Исходя из этого стоит комплексно подходить к решению проблемы борьбы с космическим мусором, которая непосредственной влияет на деятельность участников рынка космических аппаратов, что приводит к нежелательным последствиям реализации технологии и негативной экстерналии -неявному воздействию, которое причиняет ущерб третьим лицам.

Ключевые слова: малые космические аппараты; МКА; системы увода МКА; деорбитинг МКА; космический мусор; рынок МКА; формирование рынка

Проблема образования космического мусора возникла с момента запуска первого искусственного спутника Земли (ИСЗ) в 1957 г., однако получила официальный статус на международном уровне лишь в конце 80-х гг. прошлого века. Генеральный секретарь Организации Объединенных Наций (ООН) Бутрос Бутрос-Гали в сделанном 10 декабря 1993 г. докладе под названием «Воздействие космической деятельности на окружающую среду» особо отметил, что проблема космического мусора носит международный, глобальный характер. Источниками для проведения исследования явились труды российских и зарубежных ученых, посвященных исследованию рынка малых космических аппаратов (МКА) и систем корректировки курса и деорбитинга, а также исследования зарубежных аналитических

агентств1,2,3. Малые космические аппараты быстро и широко развиваются в России и за рубежом. На практике они показали свою эффективность, целесообразное использование ресурсов для решения поставленных задач наблюдения [3]. На их основе создаются региональные и глобальные системы связи. МКА способны решать задачи фундаментальных наук.

Компании создают специфические орбитальные группировки, направленные на решение конкретных задач различных групп потребителей и на гарантированное обеспечение непрерывного потока информации. Такими потребителями являются широкий круг организаций из разных социально-экономический отраслей:

Производственные;

Строительные;

Транспортные;

Сельскохозяйственные;

Туристические и др.

Круг задач решаемых при помощи малых космических аппаратов достаточно широк: мониторинг и контроль окружающей среды, прогноз опасных явлений и контроль чрезвычайных ситуаций, сбор и передача данных, метеорология, навигация и связь, использование для тестирования новой технологии, образования, бизнеса и банковского дела, поиск и спасение людей, поиск полезных ископаемых, слежение за транспортными перевозками и т. д.

Как показывает анализ данных в открытом доступе, количество запущенных спутников формата СиЬеБаГ неуклонно увеличивается, начиная с 2012 г. (рисунок 1).

800

600

о

ч 400

о «

200

546

586

622

703

419431

287

5 1 1 6 0 3 20 7 8 11 15 12 23

84 118125 77

0

Год

■.WW. -.WWï

л™ л™ л™ л™ л™

\WW \WW \WW \WW

wwv wwv wwv wwv wwv wwv wwv wwv wwv

.ww\ .ww\ .ww\ .ww\ .ww\ .ww\ .ww\ .ww\ .ww\ .ww\

.\WW

lWW\ lWW\ lWW\ lWW\ lWW\ lWW\ lWW\ lWW\ lWW\ lWW\ lWW\

# ^ ^ ^ ^ ^ ¿V ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ £>

Рисунок 1. Количество запущенных спутников формата Cubesat (источник: составлено авторами с использованием1-3)

По данным рисунка 1 видно, что в 2000-х годах количество запущенных спутников формата СиЬеБаГ оставалось незначительным, рост наблюдался лишь в 2006 г., однако в последующие годы наметилась тенденция к ухудшению. Резкое увеличение объема рынка в натуральном выражении заметно в 2013 г. (с 23 до 84 МКА). Спад рынка в 2008-2010 гг. связан с влиянием на отрасль мирового финансового кризиса, который привел к задержкам запуска ряда МКА.

1 Nano/Microsatellite Market Forecast / Space Works Enterprises, Inc (SEI), 2018. - 28 p.

2 Satellite Industry Association / State of the Satellite Industry Report, 2016. - 158 p.

3 Официальный сайт NASA [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.nasa. gov.

Спад рынка в 2014 г. обусловлен его возвращением к среднему уровню после резкого скачка в 2013 г., вызванного запуском большого числа миниспутников. Следует отметить, что с 2015 г. отслеживается положительная динамика, связанная с активным развитием спутников формата CubeSat.

Прогнозный анализ количества запускаемых спутников показал тенденцию лавинообразного роста, которая продолжится и в обозримом будущем. Рост рынка МКА будет происходить за счет появления в отрасли частных компаний, формирования и обновления спутниковых группировок. Ожидается рост количества спутников, созданных в университетах, в рамках государственной программы по повышению качества подготовки кадров для отрасли (в частности, в рамках деятельности Космического научно-образовательного инновационного консорциума). Кроме того, ожидается рост спроса на МКА со стороны государства.

Вышеизложенное показывает, что проблема образования космического мусора -засорения околоземного космического пространства отработавшими срок и/или вышедшими из строя космическими аппаратами (КА) - актуальна на сегодняшний день. Таким образом, разработка технологий деорбитинга, увода исчерпавших ресурс малых космических аппаратов (МКА) с орбиты, в настоящее время становится крайне востребованной задачей.

В работе, посвященной проблеме космического мусора, С.С. Вениаминов отмечает актуальность данной проблемы в связи с усилением засорения околоземного космоса, снижением под его воздействием качества функционирования космических аппаратов и выходом их из строя, столкновениями и взрывами космических объектов. Автор также делает оценку перспектив борьбы с космическим мусором, где рассматривает метод снятия с орбит или увода на другие, мало используемые орбиты отработавших КА и отмечает, что именно этот метод сможет предотвратить или замедлить возникновение столкновений КА [1].

В своих работах, посвящённых системам увода МКА, Трофимов С.П. пишет, что любые способы удаления с орбиты существующего космического мусора сложны с технической точки зрения и весьма дорогостоящи. Кроме того, они будут неэффективными в случае отсутствия тщательно продуманной и законодательно закрепленной программы, имеющей целью уменьшить загрязнение космоса отходами технологической деятельности человека [4-6]. Автор в своих работах представляет экономичный способ увода малых спутников с верхнего сегмента низких орбит с помощью солнечного паруса за счет силы светового давления и показывает, что достигается значительный выигрыш в быстродействии в сравнении с традиционным способом увода - стабилизацией паруса по набегающему потоку.

Высокий интерес представляют работы Костева Ю.В., Мезенова О.В., Позина А.А., где приведена классификация МКА по критерию массы и рассмотрены отечественные и зарубежные прототипы и аналоги систем выведения МКА, проводится анализ их характеристик

Проанализировав научные исследования вышеперечисленных авторов, мы пришли к выводу, что вопрос систем увода и корректировки курса малых космических аппаратов недостаточно изучен.

С экономической точки зрения, замусоривание околоземного пространства, подобно выбросам парниковых газов, загрязнению окружающей среды отходами производства и сточными водами, является негативной экстерналией, т. е. неявным воздействием, которое наносит ущерб третьим лицам. У организаций, ответственных за возникновение отрицательных внешних эффектов, есть два выхода: предотвратить негативное воздействие (например, переработать отходы или увести КА с орбиты) или оплачивать ликвидацию ущерба (плата за очистку стоков, вывоз и переработка мусора, экологические налоги и сборы и т. п.).

[2].

Эксперты выделяют несколько приоритетных направлений в борьбе с замусориванием космического пространства:

1. предотвращение появления нового мусора (passive debris removal);

2. активное очищение орбит от отслуживших объектов (active debris removal), то есть ликвидацию наиболее крупных и опасных объектов и борьбу с мелким мусором, который непосредственно угрожает космическим полетам.

В последние годы многие космические агентства работают над тем, чтобы уменьшить степень загрязнения околоземной орбиты путём совершенствования конструкции ракет-носителей и космических аппаратов. Кроме того, Россия, Китай, Япония, Франция и Европейское космическое агентство издали нормативные документы, касающиеся сокращения потенциальных объектов столкновения на орбите. Избавление от уже существующего мусора связано с рядом проблем, а именно со сложностью с технической точки зрения, высокими финансовыми затратами и необходимостью определения, как движется объект. Более того, предлагаемые технологические решения будут малоэффективны без законодательно закрепленной программы, имеющей целью уменьшить загрязнение космоса отходами технологической деятельности человека. В таблице 1 приведена классификация способов увода МКА с различных околоземных орбит (условные обозначения: галочка - многократно реализованные на практике технологии; ключ - активно разрабатываемые в настоящее время способы и технологии; вопрос - заслуживающие тщательного изучения методы и постановки задач, которые станут актуальными в ближайшее время; крест - неприменимость механизма увода с данного типа орбит). Наиболее зрелые на сегодняшний день технологии - двигатели малой тяги и солнечный парус - позволяют справиться с этой проблемой.

Таблица 1

Классификация способов увода МКА

НИЗКИЕ ОРБИТЫ СРЕДНИЕ И ВЫСОКИЕ ОРБИТЫ (включая геостационарную) (Квази)периодичес кие орбиты вблизи точки либрации систем Солнце-Земля и Земля-луна

Околокруговые высотой не более 700 км Околокруговые и эллиптические орбиты высотой от 700 км до 2000 км

w a § M M Без ограничений на направление вектора тяги j У У ©

а в в в в о ы Н S С ограничением на направление векторной тяги © © © ©

БЕСТОПЛИВГЫЕ МЕХАНИЗМЫ Атмосферный парус и другие аэро стабилизиро ванные конструкции © О О О

Солнечный парус и светоотражающий надувной баллон О © © ©

Электродинамический трос и другие тросовые системы © © О о

Источник: составлено авторами с использованием [6]

Следует отметить, что нормативно-правовое регулирование борьбы с космическим мусором оказывает непосредственное влияние на деятельность участников рынка КА, и, в

частности, МКА, что обусловливает необходимость поиска и внедрения систем деорбитинга, т. е. ведет к формированию потенциальной базы покупателей разрабатываемых технологий увода и корректировки курса малых спутников. Несмотря на то, что большинство мер носит рекомендательный характер, в ближайшем будущем список норм и стандартов будет расширяться, и вполне возможно во всё большем количестве стран рекомендации будут закреплены законодательно. Кроме того, не стоит забывать об экологическом имидже организации - системе устойчивых представлений, сложившихся в обществе, о влиянии деятельности этой организации на состояние окружающей среды. Негативный имидж может нанести серьезный вред компании.

В таблице 2 показаны результаты PESTEL-анализа. PESTEL-анализ - аналитический инструмент стратегического планирования. Аббревиатура PESTEL образована от сокращения шести английских слов: Political (политика), Economic (экономика), Social (общество), Technological (технология), Environmental (окружающая среда) и Legal (законность). Данный анализ направлен на выявление политических, экономических, социальных, технологических и юридических/законодательных аспектов внешней среды, которые могут повлиять на стратегию компании.

Таблица 2

PESTEL-анализ («-» - нет влияния, «+++» - высокое влияние)

Внешняя среда Основные факторы Потенциальное влияние

Политика(Р) 1) Глобальная неопределенность на Западе: политика Дональда Трампа в США, Брексит, политическая неопределенность в ЕС (рост национализма); 2) Рост международной конкуренции, исходящей в основном из Азии (большие инвестиции Китая в космическую отрасль); 3) Рост конкуренции на внутреннем рынке может способствовать развитию технологий деорбитинга. ++

Экономика (Е) 1) Растущий интерес операторов КА к сегменту НОО (за последние 10 лет в США венчурные инвестиции в спутники НОО выросли с 89 до 284 миллионов долларов); 2) Растущее сотрудничество между космическими агентствами и частным сектором. ++

Общество Возникновение так называемых "социальных перебежчиков" (social defectors), которые переносят технологические и маркетинговые ресурсы из сектора высоких технологий (GAFA: Google, Apple, Facebook и Amazon) в космическую сферу, но не обладают необходимыми компетенциями (например, Илон Маск и SpaceX). Таким образом, они привлекают внимание к космической отрасли, что повышает осведомленность широкой публики. ++

Технология (Т) 1) Стремление достигнуть конкурентоспособности в долгосрочной перспективе через незрелые технологии с высоким потенциалом роста; 2) появление стартапов, развивающих оказание услуг на орбите и услуги по деорбитингу (в большей степени на ГСО); 3) появление незаконченных и заброшенных технологий - препятствие к внедрению. ++

Окружающая среда (Е) 1) 17600 космических объектов на орбите (НОО, ГСО и т. д.); 2) 94 % объектов - космический мусор, особенно остро проблема стоит на НОО (до 800 км); 3) Деорбитинг связан с потенциальным негативным воздействием на окружающую среду (загрязнение воды и воздуха) -

Законность (Ь) 1) Сложность регулирования космоса; 2) Отсутствие с легальной точки зрения разницы между космическим мусором и вышедшим из строя КА, находящимся на орбите; 3) Отсутствие законодательства обязательной силы; 4) Отсутствие судебных прецедентов столкновения спутников на НОО. +

Источник: составлено авторами с использованием [7]

Таким образом, можно увидеть, насколько в космической индустрии сложна внешняя среда. На потенциальных покупателей могут повлиять все вышеперечисленные факторы.

Следует отметить, что рынка систем деорбитинга как такового пока не существует, он находится на стадии формирования4 . В настоящий момент наиболее перспективными потребителями и новаторами в данной области являются космические агентства и компании, владеющие или планирующие запустить большие группировки спутников. Что же касается космического мусора, то в отсутствие эффективных средств избавления от него весьма затруднительно оценить величину наносимого ущерба для введения экономического регулирования.

Итак, кубсаты - это наиболее активно развивающийся тип малых спутников массой до 400 кг. Проведенный анализ количества запускаемых спутников формата Cubesat показал тенденцию лавинообразного роста, которая продолжится и в обозримом будущем. По количеству запускаемых спутников формата Cubesat лидируют США (58,8 %) и ЕС (23,9 %). Таким образом, развиваются системы деорбитинга, предназначенные как раз для данного типа малых спутников, т.е. в первую очередь необходимо сосредоточиться на разработке системы для кубсатов, однако почти полное отсутствие технологий увода для других типов МКА говорит о том, что в случае успеха подобная разработка может стать прорывом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вениаминов, С.С. Космический мусор - угроза человечеству / С.С. Вениаминов // Институт космических исследований Российской академии наук (ИКИ РАН). -2G13. - С. 180-184.

2. Позин, А.А. Система запуска малых космических аппаратов / А.А. Позин, Ю.В. Костев, О.В. Мезенова // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. - 2G16. - № 6. - С. 483-489.

3. Прокопьев, В.Ю. Малые космические аппараты стандарта cubesat. современные средства выведения / В.Ю. Прокопьев, О.Н. Кусь, А.В. Оссовский // Вестник науки Сибири. - 2G14. - № 3. - С. 71-8G.

4. Трофимов, С.П. Увод малых космических аппаратов с верхнего сегмента низких орбит с помощью паруса для увеличения силы светового давления / С.П. Трофимов // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. - 2G15. - № 32. - 32 с.

5. Трофимов, С.П. Увод малых космических аппаратов с солнечно-синхронных орбит с помощью солнечного паруса / С.П. Трофимов // Труды XXXIX Академических чтений по космонавтике. - Москва. - 2G15. - C. 15-46.

6. Трофимов, С.П. Увод малых космических аппаратов с низких околоземных орбит / С П. Трофимов // ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. - 2G15. - 126 с.

7. Blain C. Is space market ready for LEO deorbiting commercial services? / Camille Blain, Eyenga Tania Van Binst, Lei Gao, Lei Xu, Vishal Patil // Toulouse Business School, France. - 2G17. - 89 p.

4 Small Spacecraft Technology State of the Art / Ames Research Center, Moffett Field, California, 2015. - 173 p. Страница 7 из 8

Shamardina Olga Viktorovna

Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: ovsh23@mail.ru

Lyskov Konstantin Vyacheslavovich

Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: kosuij3@gmail.com

Glushko Viktoriya Olegovna

Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: viktoriya39642@mail.ru

Razumova Julia Viktorovna

Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: razumova.yuv@dvfu.ru

Vishtak Christina Olegovna

Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: vishtak.k@mail.ru

Zakirnichnaya Ekaterina Evgenievna

Far eastern federal university, Vladivostok, Russia E-mail: katerina_924@mail.ru

The development of small spacecraft and de-orbiting systems: review of research in the area of market formation

Abstract. Since the launch of the first spacecraft, satellite technology has rapidly developed and changed the life of mankind. Modern man can not be imagined without satellite communications. There are hundreds of small spacecraft in Earth orbit that provide us with: a regional and global communications system, allow us to study the earth's surface, the solar system, and so on. That is why the problem of the formation of space debris - the clogging up of near-Earth space by dead space and/or crashed spacecraft is relevant today. In the article, based on the open data of the "number of launched Cubesat format satellites", a predictive analysis was built until 2023. In the course of the study, a classification of the systems for disposal of small spacecraft from various near-Earth orbits was carried out, which made it possible to identify promising directions for the development of technologies for the removal of small spacecraft. In the article, a PESTEL analysis was carried out; this allowed us to identify environmental factors affecting potential buyers of small spacecraft deorbiting technologies. The results of the study allow us to assert that the demand for small spacecraft is increasing due to the emergence of private companies in the industry, the formation of new satellite constellations, and the needs of the state. Developments in the field of deorbiting will allow to adapt the technology for all small satellite devices. On the basis of this, it is worthwhile to comprehensively approach the solution of the problem of combating space debris, which directly affects the activities of participants in the spacecraft market.

Keywords: small spacecraft; small spacecraft technology; small spacecraft disposal system; de-orbiting of small spacecraft; space junk; small spacecraft market; market formation