Орбитальная АЗС для Пентагона
© nasa.gov
Миссия NASA Restore-L по дозаправке Landsat 7.

Орбитальная АЗС для Пентагона

Космическая составляющая для Министерства обороны Соединённых Штатов уже стала главным стратегическим направлением. Теперь существующие и перспективные американские орбитальные системы обретут ещё более широкие возможности
20 января 2022, 11:10
Реклама
Орбитальная АЗС для Пентагона
© nasa.gov
Миссия NASA Restore-L по дозаправке Landsat 7.
Читайте нас на: 

Орбитальный манёвр

Уже очевидно, что эпоха, скажем так, традиционных спутников заканчивается. До недавних пор космические аппараты не часто использовали собственные двигательные установки. Двигатели ориентации и коррекции орбиты включались для точного ориентирования солнечных батарей как источника энергии для полезной нагрузки спутников, так и для поддержания соответствующей высоты орбиты.

Такой алгоритм работы спутников предусматривал работу на заданных изначально орбитах в течение довольно ограниченного временного промежутка. Время активного существования спутников не превышало, в лучшем случае, нескольких лет, а то и месяцев. Причём необходимость в активном маневрировании отсутствовала. Таким образом, бортового запаса топлива, в том случае, если аппарат вообще был снабжён собственной двигательной установкой, с лихвой хватало до выработки спутником ресурса работы.

Ситуация изменилась в последние два десятка лет, после того, как американцы научились разрабатывать спутниковые системы с принципиально удлинённым рабочим ресурсом. Сегодня время активного существования основных разведывательных спутников, спутников раннего предупреждения и спутников связи исчисляется уже десятками лет.

Тем не менее, последний фактор отнюдь не главный в вопросе необходимости пополнять запасы бортового топлива. Космическая оборонная стратегия Пентагона отводит орбитальной технике главное место в военной концепции. Теперь космические аппараты рассматриваются уже не как обеспечивающие системы, а как средства, потенциально способные служить носителями оружия или самим служить оружием для поражения, как космических целей, так и целей на Земле.

Своевременное обнаружение целей, обработка информации, выдача команды средствам поражения осуществляется в весьма короткие промежутки времени. В этой связи возможность быстрого орбитального манёвра военных космических аппаратов является необходимым условием при разработке спутниковых систем, особенно космических кораблей, способных выполнять наступательно-оборонительные операции в космосе.

Главным направлением в деле увеличения срока активного существования американской космической техники до последнего времени рассматривалась разработка бортовых ядерных силовых установок. В настоящее время в Пентагоне решили наряду с указанным направлением рассмотреть возможность роботизированной дозаправки спутников непосредственно на орбите.

Отметим, что возможность таких действий практически изучалась в середине 1980-х годов во время «расцвета» программы МТКК «Спейс Шаттл». Экипажи корабля неоднократно проводили ремонт низкоорбитальных аппаратов и даже возвращали спутники, в частности, спутники связи серии «Палапа», для ремонта на Землю. Сегодня возможности робототехники позволяют существенно сократить затраты на обслуживание орбитальных группировок без привлечения астронавтов.

«Гэс-стейшн» в штате «Космос»

Американский бизнес, занятый в космонавтике и активно сотрудничающий с министерством обороны, энергично подключился к проработке идеи орбитального обслуживания спутников - дозаправки двигательных установок и осуществления орбитального манёвра. Так, в середине сентября прошлого года корпорация SpaceLogistics представила прототип космического аппарата, который в автоматическом режиме стыкуется со спутником, которому необходима дозаправка или перемещение, и с помощью собственных двигателей осуществляет требуемые действия.

Аппарат MEV-1 сблизился со спутником связи Intelsat 901 и с помощью манипулятора скорректировал его орбиту.
© intelsat.com
Аппарат MEV-1 сблизился со спутником связи Intelsat 901 и с помощью манипулятора скорректировал его орбиту.

Кстати, опыт автоматических действий на орбите американцы уже приобрели. 25 февраля 2020 года аппарат MEV-1 сблизился со спутником связи Intelsat 901, который находится на стационарной орбите (высота 36 000 км) и с помощью манипулятора скорректировал его орбиту. Теперь этот спутник, выведенный на орбиту летом 2001 года, сможет проработать гарантированно ещё пять лет.

Для осуществления ремонта и дозаправки спутников аппарат-ремонтник необходимо оснастить надёжным роботом-манипулятором, который представляет собой своеобразную рабочую «руку» для поддержания заданной ориентации спутника и способной вести погрузочно-разгрузочные работы. В 2008 году на МКС доставили канадский роботизированный манипулятор Dextre, установленный на руке-кране Canadarm 2. С тех пор он работает на внешней части станции. С его помощью запускаются малые космические аппараты с американского сегмента МКС и проводятся несложные технические операции, например, размещается полезная нагрузка и заменяется некоторое оборудование.

Первый успешный эксперимент по автоматической стыковке и обслуживанию без участия человека прошёл ещё в 2007 году: на низкой околоземной орбите аппарат Orbital Express разделился на две части, которые разлетелись на 400 км, а потом одна догнала вторую, состыковалась и произвела детальный осмотр камерой на «руке». Также на Orbital Express опробовали замену бортового компьютера и переустановку программного обеспечения.

Аппарат Orbital Express разделился на две части, которые разлетелись на 400 км, а потом одна догнала вторую, состыковалась и произвела детальный осмотр камерой на «руке».
© darpa.mil
Аппарат Orbital Express разделился на две части, которые разлетелись на 400 км, а потом одна догнала вторую, состыковалась и произвела детальный осмотр камерой на «руке».

Однако о коммерческом использовании этой технологии речи не шло - разработка осуществлялась Управлением перспективных программ Пентагона - DARPA. Для военных тема орбитального обслуживания, кроме заправки и ремонта своих спутников, была интересна ещё и потенциальной возможностью захвата и подключения к орбитальным коммуникациям противника.

Что касается орбитальной заправки, то эта технология отрабатывалась на МКС в период c 2013 по 2018 год. В ходе испытаний робот Dextre имитировал заправку спутника: перерезал проволочную пломбу «бензобака», сворачивал заглушку, накручивал переходник для заправки и заправлял «спутник» топливом. Следует отметить, что в ходе данных испытаний выяснилось несоответствие режимов заправки обычных жидких и низкокипящих (криогенных) компонентов топлива. На сегодняшний день выработка соответствующего алгоритма всё ещё представляет проблему.

В 2011 году канадская компания MDA предложила проект аппарата для дозаправки. Однако у DARPA тогда уже существовал собственный проект - Phoenix. Идея DARPA была ещё более радикальна, чем у MDA - военные хотели создавать на орбите «спутники-Франкенштейны» из доставляемых новых модулей и старых деталей, которые уже своё отслужили. В конечном счёте, проект Phoenix переименовали в Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites, а контракт на разработку спутника-ремонтника получило американское подразделение MDA. По некоторым оценкам, на разработку потрачено более 200 млн долл. Тем не менее, аппарат так и не полетел.

Northrop Grumman разработал обслуживающий буксир по программе Mission Extension Vehicle.
© northropgrumman.com
Northrop Grumman разработал обслуживающий буксир по программе Mission Extension Vehicle.

Большего успеха добился концерн Northrop Grumman, который разработал своеобразный обслуживающий буксир по программе Mission Extension Vehicle, отказавшись от идеи дозаправки в принципе. Буксир, а это уже упомянутый аппарат MEV-1, практически не нарушает конструкцию обслуживаемого аппарата и не предполагает заправки. Обслуживающий аппарат просто закрепляется на спутнике, орбиту которого нужно исправить, и становится на время его частью. Аппарат создавался на серийной спутниковой платформе, а использующаяся в нём система стыковки максимально проста - никаких манипуляторов и заправочных кранов.

Благодаря электрическим двигателям платформа «спасателя» имеет больше возможностей перемещения по сравнению с аппаратами на химической тяге. И, конечно, спутники MEV существенно дешевле телекоммуникационных аппаратов, которые они призваны обслуживать - стоимость последних составляет около 200-300 млн долларов.

«Вторая молодость» Landsat 7

Американское космическое агентство - НАСА, которое, отметим, в своей деятельности всё чаще оглядывается на министерство обороны, форсирует собственные программы по продлению срока активного существования собственных космических аппаратов. В частности, ведутся работы по созданию собственного робота-манипулятора. Роботизированная рука строится для НАСА компанией Maxar Technologies. Изделие имеет длину около двух метров и является сравнительно тонкой конструкцией - наиболее эффективной для орбитальных операций. Большое число степеней свободы манипулятора позволяет ему работать с достаточно габаритными аппаратами.

Разрабатываются сложные алгоритмы, которые будут контролировать движение руки, позволяя ей точно транспортировать и закреплять спутник в причальном доке для дозаправки. Для физического моделирования используется установка с воздушными подшипниками, где небольшая спутниковая модель может плавать вдоль поверхности, имитируя среду невесомости. Меньшая рука робота моделирует движение, которое она будет совершать в космосе.

Американское космическое агентство НАСА форсирует собственные программы по продлению срока активного существования собственных космических аппаратов.
© nasa.gov
Американское космическое агентство НАСА форсирует собственные программы по продлению срока активного существования собственных космических аппаратов.

В 2011 году НАСА и Пентагон инициировали совместную программу дозаправки спутников. Самым перспективным сегодня считается проект Restore-L, который комбинирует функции обслуживания и дозаправки.

В итоге этот автоматический корабль станет роботизированным космическим аппаратом, который планируют в текущем году направить к спутнику дистанционного зондирования Земли Landsat 7, принадлежащий правительству США. Этот спутник, запущенный в 1999 году, имел ресурс до 2021 года, однако данный аппарат стоимостью более полумиллиарда после дозаправки сможет проработать ещё долгое время.

Процедура заправки спутника предусматривает: автономно захватить Landsat 7, дистанционно срезать теплоизоляционные покрытия, защищающие клапаны заправки и сброса. При помощи другого инструмента разрезать кабельную сеть на клапанах; открутить крышки клапанов; присоединить к заправочному клапану порт с возможностью быстрого отсоединения; перекачать 115 кг гидразина в спутник. Снова закрыть всё термоизоляцией, и убедиться в отсутствии утечки.

Согласно оценкам, опасность при реализации данной программы возникнет после того, как Restore-L догонит Landsat 7 и начнёт манёвр для захвата. Им нельзя управлять удалённо, поскольку даже задержка в одну-две секунды будет критичной, так как в условиях микрогравитации любой промах может заставить Restore-L и Landsat 7 бесконтрольно вращаться или даже повредить Landsat 7. Захват должен пройти автономно, и на Restore-L будут установлены работающие в видимом спектре камеры, инфракрасные камеры и специально разработанный для данного полёта космический лидар (дальномер).

Если перспектива многократного увеличения срока активного существования космических аппаратов, работающих в интересах Пентагона, станет реальностью, значение американской орбитальной военной составляющей принципиально возрастёт.

Реклама
ВЫСКАЗАТЬСЯ Комментарии
Реклама