В Соединенных Штатах активно внедряются инновации для продления срока службы спутников
Идея дозаправки и ремонта космических аппаратов прямо на орбите кажется футуристической, но это будущее уже наступает, и в некоторых странах активно внедряются такие технологии. Для России крайне важно оперативно включиться в эту работу, поскольку она требует глубокого пересмотра подходов к конструированию спутников, значительных изменений в их устройстве, а также модернизации всей сопутствующей инфраструктуры. Такой комплексный процесс требует времени, финансовых вложений и, что самое главное, незамедлительного старта.
Актуальные инициативы в США
Рассмотрим текущие инициативы США в этой сфере. Космическое командование США поставило цель: к 2030 году все новые дорогостоящие спутники должны быть оснащены системами для дозаправки в космосе. Помимо этого, планируется внедрение технологий, которые позволят ремонтировать спутники непосредственно на орбите. Эти меры призваны значительно увеличить продолжительность активной работы космических аппаратов.
Американские специалисты, как и их коллеги по всему миру, стремятся повысить срок службы орбитальных систем. Это позволит сократить расходы на космическую деятельность, повысить надёжность спутниковых группировок, а также упростит вывод отработавших спутников с орбиты — либо на траекторию сгорания в атмосфере, либо на высокие орбиты захоронения, что поможет уменьшить количество космического мусора.
Космическое командование США рассматривает возможность дозаправки и ремонта спутников в космосе как ключевой элемент в создании «Золотого купола Америки» — будущей системы противоракетной и противовоздушной обороны. В этой масштабной программе космическому сегменту отводится важнейшая роль.
Примечательно, что в США не планируют возлагать эти сложные задачи на астронавтов будущей американской орбитальной станции. В то же время, российские разработчики станции РОС (Российская орбитальная станция) предусматривают подобную деятельность для своих космонавтов.
Космический аппарат MEV приближается к спутнику «Интелсат».
Причины и механика нового подхода
Почему же появилась потребность в создании спутников, способных к дозаправке и ремонту? Основная причина в том, что электроника и служебные системы современных космических аппаратов обладают очень долгим сроком службы, часто превышающим 15 лет. Однако запас рабочего тела (топлива) для двигателей рассчитан на меньший период. Таким образом, работоспособность многих спутников ограничивается именно запасами топлива.
Рабочее тело необходимо для двигательной установки, которая обеспечивает маневрирование спутника после отделения от ракеты-носителя до его рабочей орбиты, а также поддержание ориентации и стабилизации в процессе эксплуатации. Топливо постепенно расходуется. Если сам аппарат находится в исправном состоянии, то дозаправка значительно выгоднее, чем запуск нового спутника. Аналогичная логика применима и к ремонту.
Как же планируется реализовать эти операции? Прежде всего, будут определены типы спутников, для которых дозаправка и ремонт будут экономически, технически или стратегически обоснованы. Очевидно, что недорогие аппараты с коротким сроком службы в этот список не войдут. Затем каждый выбранный спутник будет оснащаться специальной системой для дозаправки.
Что касается ремонта, то он будет заключаться в замене вышедших из строя блоков новыми. Такой подход требует фундаментальных изменений в конструкции новых спутников. Их дизайн должен предусматривать возможность лёгкого отсоединения и установки модулей. На сегодняшний день подобной стандартизации не существует. Эта задача значительно сложнее, чем простое оснащение спутника системой дозаправки. В перспективе возможна и полная замена целевой аппаратуры, что позволит удвоить срок службы спутника при относительно умеренных затратах.
Проектирование космических аппаратов, допускающих такие манипуляции, уже активно ведётся. Это яркий пример системного подхода, который со временем значительно снизит стоимость космической деятельности. Здесь можно провести параллель с многоразовыми ступенями ракет-носителей.
Схема дозаправки, предложенная компанией Orbit Fab.
Схема дозаправки выглядит следующим образом: на орбиту будет выводиться специальный космический аппарат – хранилище с рабочим телом и автоматизированным спутником-заправщиком. Этот заправщик будет поочерёдно наполняться от хранилища и перелетать к нуждающимся в топливе спутникам, заправляя их. Затем он вернётся за новой порцией топлива для следующего аппарата, и так будет продолжаться до полного опустошения хранилища. При этом обслуживаемые спутники смогут продолжать свою работу без прерывания, оставаясь на своих орбитальных позициях. Предполагается создание множества таких космических «танкеров».
Важно отметить, что называть такие космические аппараты «автоматическими» не совсем корректно. «Автоматический» подразумевает работу без какого-либо вмешательства человека. Однако эти спутники являются «автоматизированными», поскольку оператор на Земле всегда может вмешаться в процесс управления в случае отклонений от программы. Хотя аппараты будут оснащены сложными целевыми алгоритмами, оператор будет отслеживать лишь возможные нештатные ситуации. В штатном режиме все операции будут выполняться автоматически.
Этот переход к новой концепции осуществляется очень динамично. Космическое командование США планирует продемонстрировать новые технологии на орбите уже к 2026 году.
Спутник LEXI, разработанный компанией Astroscale.
Первые шаги и перспективы
На данный момент спутников, специально оборудованных для дозаправки и прошедших испытания, ещё нет. Однако компания Northrop Grumman успешно продлила срок службы двух геостационарных телекоммуникационных спутников «Интелсат». Стоимость каждого такого спутника составляет около $200 миллионов (без учёта затрат на запуск). Для сравнения, ранее подобные спутники запускались на ракетах «Протон-М» за $70 миллионов, а услуга на ракете «Ариан-5» обходилась в $250 миллионов.
Тем не менее, проведённые операции нельзя назвать дозаправкой в чистом виде. Специально разработанные космические аппараты MEV, содержащие топливо, достаточное для продления срока службы на 5 лет, пристыковались к «Интелсатам» и взяли на себя функции двигательной установки для ориентации и стабилизации. Таким образом, эти недорогие космические аппараты с топливом стали дополнительными модулями для спутников связи.
В отличие от этого, компания Orbit Fab не планирует обслуживать уже существующие спутники. Вместо этого, они намерены устанавливать стандартизированное заправочное устройство собственного производства на любые новые спутники, совместимое с их собственным космическим аппаратом-заправщиком.
Такой унифицированный подход значительно упростит процесс дозаправки и снизит её стоимость. Первым частным клиентом Orbit Fab станет японская компания Astroscale, специализирующаяся на обслуживании спутников. Именно Astroscale уже разработала свой первый спутник LEXI, оснащённый системой дозаправки, запуск которого запланирован на 2026 год. На сайте Orbit Fab уже сейчас можно заказать дозаправку гидразином для собственного спутника, оборудованного их устройством, по цене $20 миллионов за 100 кг. Гидразин, к слову, используется в двигательных системах ориентации и стабилизации, например, на геостационарных спутниках «Интелсат».
Мы видим впечатляющие результаты масштабной работы, проделанной американскими компаниями, которая значительно повысит эффективность космической деятельности. Уже сейчас обсуждается продление срока службы как действующих, так и будущих спутников благодаря возможности дозаправки. В России же, судя по открытым источникам, информация о подобных проектах в области дозаправки и ремонта спутников пока отсутствует. Возможно, настало время как можно скорее активизировать деятельность в этом направлении.
