Испытав смартфоны на пригодность к запуску, команда PhoneSat перешла от пробных шагов к проектированию реального спутника. Велосипеда решили не изобретать и взяли за основу проверенную архитектуру шасси сверхмалых спутников CubeSat – куб со стороной 10 см, который начиняется электроникой. Концепцию CubeSat изначально предложили и апробировали университеты[48], дабы за счет упрощения и стандартизации шасси дать рядовым студентам возможность приобщиться к космосу и реально отправить что-нибудь на орбиту. К тому же единая архитектура позволяла тем использовать готовые наработки предшественников – такие как информация о солнечных батареях, электронике, датчиках и прочих компонентах, наилучшим образом зарекомендовавших себя, – а не проектировать всякий раз мини-спутник с нуля для своего университета, да и межуниверситетский обмен опытом вполне работал.
Конструировать PhoneSat было решено на основе смартфона Nexus One производства тайваньской HTC ценой 300 долларов, поместив его в центре шасси и окружив периферийными датчиками и компонентами, призванными обеспечить работу смартфона в течение примерно десяти суток; ключевыми были двенадцать литий-ионных батарей, радиопередатчик (также серийного производства) и отдельный микроконтроллер для мониторинга статуса смартфона и отправки ему в случае зависания сигнала на перезагрузку. Встроенные акселерометр и магнитометр смартфона обеспечивали регистрацию всех необходимых данных о движении спутника, а для полноты картины были добавлены выносные термометрические датчики. Кроме того, команда PhoneSat написала кое-какие программки для выдачи смартфону команд на фотосъемку и для отбраковки неудачных снимков, с тем чтобы на Землю по каналу радиосвязи отправлялись лишь самые лучшие фото.
Путь от первых бумажных эскизов до работающего устройства занял около полутора лет. На начальном этапе проектирования и тестирования прототипа инженерам нужно было досконально проверить все компоненты PhoneSat на предмет способности выдержать перепады давления и температуры, а также способность радиопередатчика передавать сигнал на достаточные расстояния. Эти работы по большей части велись в лабораториях НАСА, хотя некоторые эксперименты молодым ученым приходилось ставить на местности. Скажем, разделившись на две группы, они поднимались на далеко отстоящие друг от друга горы и проверяли связь между передатчиком PhoneSat и принимающими устройствами.
«Тестировали мы этот телефон и на работу в вакууме при разных температурах, – сказал Бошхаузен. – Работал себе как ни в чем не бывало. Сейчас это кажется само собой разумеющимся, а тогда у нас не было никаких оснований полагать, что при каких-то жестких режимах или перепадах он не сдохнет с концами. От этого и приходилось отталкиваться».
К середине 2011 года команда PhoneSat разработала следующий эксперимент: спутник в сборе подвесили к метеозонду, и тот поднял его на высоту порядка 30 км. При этом испытании они впервые столкнулись с серьезными проблемами. При аномально низких температурах смартфон самопроизвольно выключился. На низкой околоземной орбите значительно теплее, чем в ветреных верхних слоях атмосферы[49], но инженеры решили подстраховаться и добавить в конструкцию термоизоляционный кожух для смартфона[50].
Пока инженеры PhoneSat месяцами доводили свой спутник до ума, победное шествие потребительской электроники продолжалось и на рынке появлялись всё новые модели смартфонов с процессорами пошустрее и датчиками получше. Бошхаузен задружился с парой человек в Android, смартфонном подразделении Google, и те стали притаскивать в Эймс все новейшие модели, с тем чтобы команда PhoneSat их испытала на предмет готовности к космическим нагрузкам[51]. Пока суд да дело, появлялись и литий-ионные аккумуляторы, и солнечные батареи, сулившие разработчикам PhoneSat перспективы многократного продления продолжительности миссий их детищ, и сами смартфоны становились всё умнее и мощнее и были способны поддерживать всё более изощренные программы.
Строителей малых спутников в ту пору было не так уж много. Среди имеющихся же тогда вошло в моду сочленять воедино три модуля CubeSat. К примеру, один кубик – под батареи, второй – под электронику, а третий – под научную аппаратуру или еще что-то, ради чего его, собственно, и строили. Хотя создавались эти малые спутники обычно университетскими командами, привыкшими на всем экономить, в этом случае они почему-то расщедрились и в результате задали тенденцию к резкому удорожанию подобных проектов. А дело было в том, что люди по-прежнему свято верили: нужно использовать печатные платы, микросхемы и прочую начинку сугубо «космического класса» (по маркировке), то есть некогда там, в космосе, себя зарекомендовавшую; а то, что на орбите эти платы и электроника были обкатаны лет десять – пятнадцать назад и с тех пор успели безнадежно устареть, никому почему-то в голову не приходило, в результате чего маркировка «космического класса» обычно была синонимом наихудшего соотношения «производительность/цена».
50
С метеозондами впоследствии случались всяческие истории. «Однажды, – рассказывал Маршалл, – пробный шар с нашей коробочкой плавно спустился с небес и сел среди лугов Калифорнийской долины. За ним тут же прибежал бдительный полисмен, которому затем пришлось уносить ноги от пасшихся на лугу быков. Всё это попало на камеру видеонаблюдения, оттуда в сети, но апофеозом, конечно, стало объяснение самого полицейского, что он сначала принял было эту штуковину за НЛО и лишь потом, по здравом размышлении, пришел к умозаключению: „Вероятно, это всё-таки прилетело к нам от кого-то из этих, типа, ученых“».