NASA и компания SpaceX продолжают подготовку одной из самых необычных космических операций последних лет — миссии по спасению космического телескопа SPHEREx, стоимость которого оценивается примерно в 500 миллионов долларов. Новая спасательная программа достигла важного этапа: специалисты успешно завершили ключевые испытания технологий сближения и обслуживания аппарата на орбите.
Речь идет о миссии, целью которой является продление работы дорогостоящей космической обсерватории без ее возвращения на Землю.
Подобные проекты долгое время считались слишком сложными и рискованными, однако развитие технологий автономного сближения, роботизированных систем и коммерческой космонавтики постепенно делает орбитальное обслуживание реальностью.
Почему NASA все чаще задумывается о ремонте спутников в космосе
Исторически большинство спутников и космических телескопов проектировались без возможности ремонта.
После выхода аппарата из строя обычно существовало только два варианта:
- продолжение работы с ограничениями;
- полная потеря миссии. (nasa.gov)
Но стоимость современных научных аппаратов настолько выросла, что потеря даже одного телескопа означает огромные финансовые и научные потери.
Поэтому NASA и частные компании начали активно развивать технологии орбитального сервиса.
Hubble стал исключением благодаря шаттлам
Самым известным примером ремонта в космосе остается Hubble Space Telescope.
С 1993 по 2009 год астронавты Space Shuttle выполнили пять сервисных миссий. (nasa.gov)
Во время этих полетов проводились:
- замена приборов;
- установка новых камер;
- ремонт электроники;
- обновление солнечных панелей;
- модернизация научного оборудования.
Именно сервисные миссии сделали Hubble одним из самых успешных научных проектов в истории.
После завершения программы Shuttle ремонт стал почти невозможным
Когда программа Space Shuttle была закрыта в 2011 году, NASA фактически потеряло возможность регулярного обслуживания крупных орбитальных аппаратов.
Современные корабли:
- не имеют грузовых отсеков шаттлов;
- не предназначены для сложных монтажных работ;
- обладают меньшими возможностями по ремонту крупных объектов.
Это привело к росту интереса к роботизированным системам обслуживания.
Новая миссия использует коммерческие технологии
Современный подход NASA отличается от эпохи шаттлов.
Теперь агентство все активнее привлекает коммерческие компании.
В проекте спасательной миссии участвуют:
- SpaceX;
- частные разработчики роботизированных систем;
- компании, работающие над технологиями автономного сближения.
Такой подход позволяет снизить стоимость операций и ускорить разработку.
Главная проблема — безопасное сближение на орбите
Одной из самых сложных задач считается rendezvous and proximity operations — операции сближения и работы рядом с объектом.
На орбите даже небольшая ошибка может привести к катастрофе.
Объекты движутся со скоростями порядка:
7.8 км/с7.8 mathrm{км/с}
Даже столкновение с минимальной относительной скоростью способно уничтожить аппарат.
Космический ремонт требует экстремальной точности
Во время сервисной операции необходимо:
- точно определить положение аппарата;
- синхронизировать орбиты;
- стабилизировать относительное движение;
- безопасно приблизиться;
- выполнить захват или обслуживание.
Особенно сложно работать со спутниками, которые изначально не проектировались для ремонта.
Новые испытания проверяли автономные системы
По данным Spaceflight Now, ключевой этап испытаний был связан с проверкой технологий навигации и автономного управления.
Современные системы используют:
- лидары;
- камеры;
- алгоритмы компьютерного зрения;
- автоматическое определение ориентации объекта.
Это позволяет космическому аппарату самостоятельно анализировать положение цели и корректировать движение.
Автономные технологии становятся критически важными
Из-за задержек сигнала управление с Земли ограничено.
Особенно это касается миссий дальнего космоса.
Поэтому современные сервисные аппараты должны принимать многие решения самостоятельно.
Фактически развивается направление «роботизированной космической логистики».
Орбитальное обслуживание может изменить всю космическую отрасль
Если подобные миссии станут регулярными, это изменит подход к созданию спутников.
Аппараты смогут:
- работать значительно дольше;
- получать обновления оборудования;
- проходить ремонт;
- дозаправляться;
- менять модули прямо на орбите. (nasa.gov)
Это особенно важно для дорогих научных обсерваторий.
Почему космические телескопы стоят так дорого
Современные научные аппараты представляют собой чрезвычайно сложные инженерные системы.
Стоимость включает:
- разработку;
- научные приборы;
- тестирование;
- запуск;
- наземную инфраструктуру;
- многолетнюю подготовку миссии.
Например:
- James Webb Space Telescope стоил около 10 миллиардов долларов;
- Hubble — несколько миллиардов с учетом сервисных миссий. (nasa.gov)
Даже сравнительно «небольшие» научные телескопы стоят сотни миллионов долларов.
Потеря обсерватории означает потерю уникальных данных
Многие телескопы невозможно быстро заменить.
Новая миссия требует:
- многолетнего проектирования;
- повторного финансирования;
- создания нового оборудования.
Иногда между поколениями телескопов проходят десятилетия.
Поэтому продление срока службы становится стратегически важной задачей.
NASA давно изучает концепцию орбитального сервиса
Работы в этом направлении ведутся уже много лет.
Среди проектов NASA:
- Restore-L;
- OSAM-1;
- роботизированные системы дозаправки;
- технологии автоматического захвата спутников. (nasa.gov)
Некоторые технологии тестировались на International Space Station.
Космический мусор делает подобные операции еще важнее
Количество объектов на орбите быстро растет.
Сегодня вокруг Земли находятся:
- тысячи активных спутников;
- десятки тысяч отслеживаемых фрагментов;
- миллионы мелких обломков.
Если аппараты смогут ремонтироваться и модернизироваться, необходимость в массовом запуске новых спутников может частично снизиться.
SpaceX становится важным партнером NASA
Компания SpaceX играет все более крупную роль в научных миссиях агентства.
Falcon 9 и Falcon Heavy уже используются для запуска:
- межпланетных аппаратов;
- телескопов;
- научных спутников;
- грузовых миссий.
Теперь коммерческие компании начинают участвовать и в сервисных программах.
Будущие сервисные миссии, вероятно, будут в основном роботизированными.
Это связано с несколькими факторами:
- высокая стоимость пилотируемых полетов;
- риски для экипажа;
- необходимость высокой точности;
- развитие искусственного интеллекта и автоматизации.
Современные манипуляторы уже способны выполнять операции с очень высокой точностью.
В будущем возможны «космические станции техобслуживания»
Некоторые компании и исследовательские группы рассматривают концепции:
- орбитальных ремонтных платформ;
- складов топлива;
- автоматических сервисных станций;
- модульной модернизации спутников. (nasa.gov)
Это может стать отдельной отраслью космической экономики.
Орбитальный сервис важен и для будущих полетов к Луне и Марсу
Технологии ремонта в космосе имеют значение не только для спутников.
Во время дальних пилотируемых миссий экипажи не смогут быстро вернуться на Землю в случае поломки.
Поэтому системы:
- автономного ремонта;
- роботизированного обслуживания;
- замены модулей
станут критически важными для экспедиций к Moon и Mars.
NASA постепенно переходит к новой модели эксплуатации космической техники
В течение десятилетий космические аппараты воспринимались как одноразовые системы.
После запуска их возможности были практически фиксированы.
Теперь ситуация меняется.
Новые технологии позволяют рассматривать спутники и телескопы как обслуживаемую инфраструктуру, способную работать значительно дольше первоначального срока.
Именно поэтому успешное прохождение испытаний спасательной миссии стало важным этапом не только для конкретного телескопа, но и для всей будущей космической индустрии.
Источники:
Статья создана по материалам SpaceFlightNow.com
