Спутники-дозаправщики: фантастика или реальность

В США активно реализуют новую технологию продления срока жизни спутников

Дозаправка в космосе и ремонт спутников – ближайшее будущее, и кое-где оно уже началось. Идея внедрения таких технологий может показаться фантастической, но она уже реализуется. И нам надо оперативно начать работу в этом направлении, потому что такой процесс требует переосмысления концепций построения собственно спутников, существенных изменений их конструкции. Это касается и обеспечивающей функционирование космических аппаратов инфраструктуры. На такую работу требуется время, деньги и, главное, решение срочно её начать.

Космический аппарат MEV подходит к спутнику «Интелсат»

тестовый баннер под заглавное изображение

Посмотрим, что делается в этом направлении в США. Космическое командование США требует, чтобы к 2030 году все новые дорогостоящие спутники были оборудованы устройствами для дозаправки на орбите. Кроме того, предполагается начать внедрение технологий, позволяющих выполнять ремонт спутников непосредственно в космосе. Эти меры позволят существенно увеличить сроки активного существования космических аппаратов.

Действительно, американцы, и не только они, озабочены увеличением времени работоспособности орбитальных аппаратов. Дело в том, что в результате будут снижены затраты на космическую деятельность, повышена устойчивость работы спутниковых группировок, а также обеспечено сведение космических аппаратов на траекторию падения на Землю или подъёма их на высокие орбиты захоронения, что будет способствовать уменьшению количества космического мусора в околоземном пространстве.

Космическое командование США считает обеспечение дозаправки и ремонта спутников в космосе существенным элементом построения «Золотого купола Америки» – создаваемой системы противоракетной и противовоздушной обороны США. Дело в том, что космическому сегменту в этой программе отводится ключевая роль.

При этом никто не предполагает, что такой непосильной работой будут заниматься астронавты на будущей американской орбитальной станции. У нас же проектанты нашей станции РОС (Российская орбитальная станция) запланировали для космонавтов подобную деятельность.

Схема дозаправки фирмы Orbit Fab

Почему же начали создавать спутники, на которых можно реализовать новый подход к их эксплуатации? Потому что электроника и служебные системы космических аппаратов имеют очень большой срок службы, превышающий 15 лет, на который рассчитывается запас рабочего тела – топлива для двигателей космических аппаратов. Вот и выходит, что часто продолжительность работы спутников определяется запасами рабочего тела в них.

Для чего же нужны такие компоненты на орбитальных аппаратах? Они требуются для двигательной установки, которая обеспечивает перелёт спутника от точки его отделения от ракеты-носителя до заданной точки на орбите, а также ориентации и стабилизации аппарата при его работе. В процессе функционирования спутника рабочее тело расходуется. И если сам аппарат исправен, то дозаправка обходится гораздо дешевле, чем запуск нового спутника. Подобная же ситуация с ремонтом спутников.

Как же планируется осуществлять эти дозаправку и ремонт? Первым делом, будут определены типы спутников, для которых такие операции имеют экономический, технический или военный смысл. Конечно, дешёвые аппараты с небольшим сроком активного существования в этот перечень не войдут. Затем предполагается каждый из выбранных спутников оборудовать системой, обеспечивающей дозаправку.

Если говорить о ремонте, то он будет выполняться заменой неисправных блоков на новые. Такой подход предопределяет схемные изменения в устройстве новых спутников. Их конструкция должна позволять отсоединять, отстыковывать неисправные блоки и устанавливать вместо них новые. Ничего подобного сейчас нет. И такая задача гораздо сложнее, чем дооборудование аппарата устройством для дозаправки. Возможна и полная замена отслужившей целевой аппаратуры, тогда продолжительность работы спутника удвоится при относительно небольших затратах.

И уже сейчас ведётся проектирование космических аппаратов, с которыми можно выполнять такие манипуляции. Конечно, это является примером системного подхода. И со временем стоимость осуществления космической деятельности заметно снизится. Тут можно провести аналогию с возвращаемыми ступенями ракет-носителей.

Схема дозаправки предполагается такой. На нужную орбиту будут выводить космический аппарат, представляющий собой ёмкость с рабочим телом и установленным на нём автоматическим спутником-заправщиком, который будет, заправившись от этой ёмкости и перелетая от неё к спутнику, заправлять его. Потом – возвращаться к ёмкости за новой порцией топлива для другого спутника, и так далее, пока ёмкость не опустеет. При этом сами заправляемые спутники могут непрерывно продолжать работу, находясь в заданной точке орбиты. Предполагается, что таких космических «танкеров» будет много.

Надо сказать, что называть космический аппарат для дозаправки автоматическим неверно. Автоматический – значит работающий без какого-либо участия человека. А эти спутники являются автоматизированными, потому что оператор на Земле может в любой момент вмешаться в управление, если что-то пойдёт не по программе. Конечно, такие аппараты будут иметь детальные целевые алгоритмы в своих системах управления, поэтому оператор увидит лишь отклонения от нормы, если они возникнут. Если же всё будет идти по программе, все операции будут выполняться автоматически.

Что характерно, процесс перехода к новой концепции идёт очень активно. Космическое командование США планирует к 2026 году провести демонстрацию новых соответствующих технологий в космосе.

Спутник LEXI

Пока спутников, оборудованных устройствами для дозаправки и испытанных, нет. Но компания Northrop Grumman обеспечила продление срока службы двух геостационарных коммуникационных спутников «Интелсат». Стоимость каждого порядка $200 млн без учёта затрат на запуск. Кстати, мы выводили такие спутники на своих «Протонах-М» за $70 млн. А на ракете-носителе «Ариан-5» эта услуга стоила $250 млн.

Однако заправкой в чистом виде проведённые операции считать нельзя. Дело в том, что специально созданные космические аппараты MEV с запасом топлива, достаточным для продления на 5 лет срока активного существования спутника, прикрепились к «Интелсатам» и стали выполнять для них функции двигательной установки ориентации и стабилизации. То есть, каждый космический аппарат, очень недорогой, с размещённым в нём топливом стал дополнительным модулем для каждого из этих связных спутников.  

А вот фирма Orbit Fab не планирует обслуживать уже летающие спутники. Компания намерена устанавливать на изготавливаемые любыми предприятиями аппараты своё стандартизированное заправочное устройство, совместимое с их космическим аппаратом-заправщиком.

Такой подход значительно упростит процедуру дозаправки и снизит стоимость. Первым частным заказчиком Orbit Fab станет Astroscale, японская компания по обслуживанию спутников. Именно она уже разработала первый спутник LEXI, оборудованный системой дозаправки. Запуск его запланирован на 2026 год. На сайте компании Orbit Fab можно купить дозаправку гидразином своего, снабжённого устройством для заправки, спутника, по цене $20 млн за 100 кг. Гидразин – это вещество, которое, в частности, используется в двигательной системе ориентации и стабилизации геостационарных связных спутников «Интелсат».

Мы видим результаты большой проделанной американскими фирмами работы, которая позволить заметно повысить эффективность космической деятельности. Уже сейчас можно говорить о продлении срока службы имеющихся спутников и разрабатываемых с учётом возможности дозаправки. У нас о подобных проектах в открытых источниках, вроде бы, сообщений нет. А если нет не только сообщений, но и деятельности в области дозаправки в космосе и ремонте спутников, то, может быть, её надо разворачивать как можно скорее.

Источник: www.mk.ru