Бизнес на орбите: как предприниматели продлевают срок службы спутников

Новости МирТесен

В настоящее время ближний космос перестал быть недостижимой целью, к которой стремились вопреки финансовым издержкам. Он превратился в пространство для предпринимательской деятельности, военных сборов и решения вполне приземлённых задач. И на наших глазах формируется новая, но столь желанная индустрия – космическая логистика. Издание Naked Science рассказывает о том, как человечество пытается преодолеть расточительность космического характера.

Представим себе такой диалог:
— Вчера у меня прокололась шина, поэтому я оставил автомобиль и приобрел новую.
— Я тоже недавно приобрел новую машину: топливо оказалось на нулевом уровне.
Сложно представить себе более нелепый диалог. Похоже на театр абсурда, но это космонавтика.

В случае неисправности оборудования на космическом аппарате, провести ремонт практически невозможно. Такие случаи – большая редкость. Действительно, американские астронавты несколько раз осуществляли ремонт «Хаббла» (главный орбитальный телескоп, доступный для всех астрономов, мог позволить себе такую возможность). Также, однажды они установили новый двигатель на спутник связи Intelsat 603, который не достиг запланированной орбиты.

Однако проведение ремонтных работ с участием космонавтов сопряжено с огромными затратами и сложностями, что делает это оправданным лишь в исключительных обстоятельствах. Успешный ремонт Intelsat 603 стал возможен благодаря его расположению относительно недалеко от Земли. На геостационарную орбиту, где обычно функционируют спутники связи, люди не отправляются – расстояние до нее слишком велико.

Основная проблема космических аппаратов заключается не в повреждениях, а в исчерпании топлива. Спутник, конечно, не автомобиль, однако и ему требуется топливо. Для поддержания необходимой орбиты и ориентации аппарата в пространстве требуется периодическое включение двигателя. К сожалению, космические заправочные станции пока недоступны (их попросту не существует). В результате, космические аппараты, стоимость которых может достигать сотен миллионов долларов, выводятся из эксплуатации сразу после того, как заканчивается топливо. При этом все системы могут функционировать исправно, солнечные батареи вырабатывают энергию, и, казалось бы, аппарату можно было бы прослужить еще долгие годы.

Это явление актуально не только для искусственных спутников Земли. Так, космический аппарат Dawn, исследовавший Цереру, и «Кассини», изучавший систему Сатурна, столкнулись с той же проблемой. Не имея возможности корректировать свою орбиту, «Кассини» мог постепенно приблизиться к одному из спутников Сатурна, а Dawn — к Церере. Учитывая наличие собственной органики на Церере и потенциальную возможность существования жизни в системе Сатурна, загрязнение таких сред земными органическими соединениями было бы неприемлемо. Поэтому Dawn, используя остатки топлива, перевели на отдаленную орбиту, с которой он не может наблюдать малую планету (и, соответственно, не упадет на нее). А «Кассини» был намеренно уничтожен, направив его в атмосферу Сатурна.

Потеря межпланетных исследовательских зондов представляет собой серьезную проблему. Вывод из эксплуатации спутника связи оперативно заменяется новым, поскольку это является экономически выгодным вложением. Однако новых миссий к Церере или Сатурну предстоит ждать долго: интересных объектов для межпланетных экспедиций значительно больше, чем средств, выделяемых на их финансирование. Поэтому завершение вполне работоспособных миссий, хоть и было предсказуемым, стало болезненной потерей для астрономов.

Тем не менее, владельцы коммерческих спутниковых систем также не склонны тратить средства на решение проблем, связанных с воздействием солнечного ветра. Поэтому возникла и созрела потребность в доставке топлива и создании условий для проведения технического обслуживания непосредственно в космосе.

Воскреснуть на орбите

Northrop Grumman Corporation и ее дочерняя компания SpaceLogistics LLC сделали первый ощутимый шаг в этой области. Они представили рынку свое разработку – «Транспортное средство для продления миссии» (MEV), по сути, космический буксир. Он предназначен для стыковки со спутниками, у которых закончилось топливо, и последующего управления их орбитой и ориентацией. При этом, для работы с MEV, «подопечному» спутнику не требуются специальные стыковочные устройства, поскольку он надежно фиксируется на нем, буквально прикрепляясь к его корпусу.

MEV также может быть применено для очистки околоземного пространства от спутников, которые со временем стали космическим мусором.

В ответ на вопрос Naked Science По словам заведующего лабораторией беспилотных летательных аппаратов МФТИ Александра Родина, комментируя перспективность данной технологии, ключевая сложность заключается не в стоимости спутников, а в высокой плотности объектов на геостационарной орбите: там находятся как действующие, так и вышедшие из строя аппараты. В связи с этим роботизированные операции становятся необходимыми.

В настоящее время стандартной практикой является увод спутников с геостационарной орбиты на так называемую «орбиту-кладбище», где они складируются и не используются для каких-либо целей. Однако до тех пор, пока космонавтика придерживалась принципа самостоятельного вывода из эксплуатации, геостационарная орбита была значительно загрязнена.

Телекоммуникационная компания Intelsat, владеющая более полусотни спутников связи, проявила интерес к технологии SpaceLogistics. Знаковым событием стало осуществление первой стыковки MEV (и, что немаловажно, первой в истории стыковки коммерческих космических аппаратов), которая состоялась 25 февраля 2020 года. Космический буксир MEV 1 принял на обслуживание спутник Intelsat 901, ранее выведенный из эксплуатации в 2019 году из-за истощения запаса топлива. Эта неожиданная операция позволила продлить срок его службы еще как минимум на пять лет. После оказания помощи, аппарат отстыкуется и перенаправит спутник на орбиту захоронения космического мусора, после чего у MEV 1 останется топливо для обслуживания следующего объекта.

Следует отметить, что перед стыковкой Intelsat 901 был поднят на высоту в 180 километров. Это было сделано с целью предотвращения столкновения, которое могло бы привести к загрязнению востребованной геостационарной орбиты космическим мусором.

А уже 12 апреля 2021 года второй аппарат серии MEV, обозначенный как MEV 2, порадовал любителей космонавтики приятным сюрпризом. Он приступил к буксировке спутника Intelsat 10-02, который также будет находиться под его опекой в течение пяти лет. Причем эта операция была проведена непосредственно на геостационарной орбите, а не на расположенной выше «испытательной» траектории.

Дотянуться рукой до спутника

SpaceLogistics расширяет спектр предоставляемых услуг. Используя MEV в качестве основы, специалисты разработали «Роботизированное транспортное средство для космических миссий» (MRV). MRV оснащен манипулятором, способным осуществлять стыковку дополнительных модулей к спутнику. В перспективе он может также использоваться для проведения диагностики и даже выполнения небольшого ремонта.

Первым клиентом новой услуги стала компания Optus, являющаяся крупнейшим владельцем спутниковой инфраструктуры в Австралии. В соответствии с заключенным соглашением, запуск MRV на ракете SpaceX запланирован на 2024 год. Помимо управляемого робототехническим комплексом, на борту ракеты размещены три модуля MEP массой по 400 килограммов. MEP расшифровывается как Mission extension pod, что подразумевает «модуль для продления срока службы миссии». Это своего рода космический буксир, предназначенный для решения задач ограниченного масштаба. Он способен продлить срок эксплуатации типичного спутника массой 2 тонны на срок до шести лет, хотя и выполняет меньшее количество операций по коррекции орбиты, чем MEV.

Модуль MEP устанавливается непосредственно в сопло стандартного двигателя спутника (просим господина Фрейда воздержаться от комментариев!). Этот процесс демонстрируется на видеоролике, представленном ниже.

MRV и три модуля MEP будут доставлены на геостационарную орбиту последовательно. После этого роботизированная система приступит к установке двигательных модулей на спутники. В 2025 году первая установка запланирована для австралийского спутника D3, что знаменует собой лишь начало реализации проекта. Помимо Optus, заключены договоры с еще пятью клиентами. Общий срок эксплуатации робота MRV оценивается в десять лет, в течение которых на него можно будет доставлять новые модули MEP. Компания прогнозирует установку до 60 таких модулей. подписаны еще с пятью клиентами. Всего же робот MRV рассчитан на десять лет в космосе. Все это время к нему можно отправлять новые модули MEP. Компания рассчитывает, что профессиональный спаситель спутников установит до 60 модулей.

Примечательно, что компания применила инновационную бизнес-модель: космический буксир MEV принадлежит SpaceLogistics, а клиенты приобретают лишь возможность продлить срок службы своего спутника. В свою очередь, каждый модуль MEP покупается заказчиком одновременно с услугой по его монтажу.

Что день грядущий нам готовит

Однако, вероятно, SpaceLogistics не сможет долго доминировать на формирующемся рынке. Так, NASA уже несколько лет испытывает разрабатывает для МКС систему Robotic Refueling Mission 3 (Роботизированная заправочная миссия — 3). Данный робот совершенствует технологию пополнения запасов жидкостей в космических кораблях, будь то топливо или хладагент. А Европейское космическое агентство заключило соглашение со швейцарским стартапом ClearSpace для оказания аналогичной услуги – удаления космического мусора. Для этого также необходимо состыковать перехватчик с аппаратом, который изначально не был спроектирован для подобных операций.

Кстати, эти технологии обладают и еще одним, довольно неожиданным аспектом.

«Автоматизированные космические аппараты, способные самостоятельно сближаться и выполнять операции с другими устройствами на орбите, представляют собой инструмент для уничтожения космической инфраструктуры потенциального противника. Роботизированные космические конфликты перестали быть фантастикой и стали реальностью, требующей учета и принятия мер по защите национальных интересов, — подчеркивает Александр Родин.

Действительно, это две взаимосвязанные стороны одного явления. Параллельно с гражданской логистикой в космическое пространство развивается и военная. Напомним, что недавно Naked Science подробно рассказывал об этой новой угрозе.