В октябре 2019 года с космодрома Байконур состоялся запуск ракеты-носителя «Протон-М» с несколькими спутниками на борту, одним из которых был первый космический аппарат MEV-1 миссии Mission Extension Vehicle. «Хайтек» разобрался, как устроена миссия для дозаправки и ремонта спутников на орбите Земли и как это связано с осознанным потреблением в государственном масштабе.
Космический заправщик MEV-1 стал первым — тестовым — спутником миссии Mission Extension Vehicle (букв. с англ. «продлевающая действие» — «Хайтек»), в рамках которой он должен состыковаться с одним из аппаратов глобальной сети спутниковой связи Intelsat, заправить его и продлить пребывание на орбите еще на пять лет. Запуск в космос следующего спутника миссии MEV-2 должен произойти в 2020 году.
Космическая заправка
Концепция программы MEV была представлена в 2010 году совместным предприятием ViviSat — кооперацией двух аэрокосмических компаний US Space и Orbital ATK, с участием 50/50. В итоге в 2016 году компания ViviSat была распущена, а реализацией проекта занялась ATK.
В рамках миссии небольшие космические аппараты MEV должны заправлять топливом сторонние спутники, подключаться к ним и перемещать на необходимую орбиту. На сегодняшний день MEV сконструированы таким образом, что они могут пристыковаться к 90% всех геостационарных спутников на орбите.
Для продления срока службы спутника, израсходовавшего топливо, аппарат от Orbital ATK может дозаправить его, состыковавшись с ним на своей низкой орбите. При этом MEV использует собственные электрические двигатели, чтобы переместить спасаемый спутник на его правильной орбите, а затем просто переходит к другой цели.
Прежде чем подключаться к спутнику Intelsat-901, инженеры миссии MEV будут тестировать его возможности в космосе, включать и выключать ионные двигатели и проводить тесты, демонстрирующие, что пара MEV-Intelsat сможет правильно перемещаться в космосе как соединенное устройство до выхода на заданную орбиту.
Спутник MEV-1 весом 2,3 т работает на специальной платформе GEOStar-3. Основными источниками питания аппарата являются две встроенные развертываемые солнечные батареи, а в качестве тяги и передвижения других спутников MEV использует два электронных ракетных двигателя. Подробнее о таких видах двигателей читайте в отдельном большом материале «Хайтека».
Тысячи бесхозных спутников на орбите
MEV-1 будет состыкован со спутником Intelsat через три месяца и позволит ему передавать сигналы на орбите еще более пяти лет. После того, как MEV дозаправит Intelsat, он будет работать и с другими спутниками. Ориентировочный срок службы MEV составляет около 15 лет.
После запуска второго MEV в 2020 году и успешного тестирования этих систем с Orbital ATK сможет заключить контракт НАСА, которое сейчас также занимается созданием аналогичной системы космических заправок, однако проект пока находится только на стадии разработки идеи.
Проект MEV — это новая возможность в области коммерческого освоения космического пространства. И теперь НАСА имеет возможность приобрести такую услугу вместо того, чтобы самостоятельно разрабатывать ее аналог за счет денег налогоплательщиков. Вторая сторона MEV — возможность показать, что мы действительно заинтересованы в работе с частными компаниями в космосе, предоставлении им своих технических компетенций и технологий.
Фил Макалистер, директор подразделения коммерческих космических полетов НАСА
Такие устройства могут быть жизненно важными в будущем. Они уменьшат потребность в сменных спутниках, снизят их стоимость, а также позволят выполнять миссии, которые на сегодняшний день невозможно проводить из-за краткосрочной жизни космических аппаратов. Например, ученые смогут проводить долгосрочные исследования. Эксперты рынка отмечают, что реализация этой концепции может стать первым шагом к созданию беспилотных космических аппаратов.
По словам старшего вице-президента Intelsat по космическим системам Кена Ли, который стал инициатором подписания договора с Orbital ATK, в дальнейшем они рассчитывают на появление спутников для ремонта других космических аппаратов.
Спутниковое обслуживание может состоять из огромного количества разных типов. Подход MEV, который мы выбрали, является более консервативным набором технологий, который позволяет расширять обслуживание наших спутников. Но мы можем представить себе в будущем сервисы, которые смогут не только продлевать жизнь космическим аппаратом, но и заменять неисправные компоненты и даже перепрограммировать миссию. Есть много идей, какими мы могли бы создать такие спутники. С MEV мы не стали внедрять и заказывать дополнительные функции. Сначала необходимо протестировать эти технологии и придумать стандартизацию этих систем для остальных участников рынка.
Старший вице-президент Intelsat по космическим системам Кен Ли
При этом сейчас на орбите Земли находятся тысячи спутников, у которых закончилось топливо. В концепции MEV не говорится, будут ли заправщики работать с подобными спутниками, однако в дальнейшем количество спутниковых сетей будет только увеличиваться — например, только в рамках проекта создания глобальной сети интернета Starlink от Илона Маска на околоземной орбите могут появиться не менее 45 тыс. новых спутников. Подробнее о спутниках, которые находятся на так называемой орбите захоронения, читайте в большом материале «Хайтека».
Конкуренция на несуществующем рынке
Помимо MEV и потенциальных разработок НАСА, на зарождающемся рынке космических заправок и ремонта существует проект MDA SIS от аэрокосмической компании Maxar Technologies. Особенностью прототипов SIS является то, что они будут выполнять только дозаправку других спутников без коррекции их орбиты. Космические аппараты SIS представляют собой небольшие спутники, которые передают топливо другим космическим объектам, не доставляя их на нужную орбиту.
При этом в 2012 году издание The Space Review выпустило разбор подходов к обслуживанию космических спутников. В материале эксперты назвали подход MEV более выгодным для владельцев спутников, поскольку отсутствие прямой передачи топлива в космосе снижает возможность ошибки или аварии.
Сейчас Maxar Technologies заключила контракт на обслуживание телекоммуникационных спутников оператора SES S.A, для которого сейчас ведет переговоры с НАСА и Американским агентством вооружения.
Отдельным пунктом можно указать программу НАСА по созданию лунной базы «Артемида», в рамках которой агентство заключило партнерские соглашения с 19 компаниями. Среди них значится SpaceX Илона Маска, которая должна придумать технологию дозаправки в космосе не малых спутников, а крупных ракет и кораблей.
Один из главных инженеров SpaceX Пол Вустер, который разрабатывает звездолет Starship, отметил, что дозаправка в космосе — это одна из самых сложных технологических задач, которую компании придется решить. Компания планирует найти решение к 2020 году и начать его реализацию.
На момент написания заметки Роскосмос не объявлял о начале разработки аналогичных проектов. Журналистам «Хайтека» также не удалось найти и упоминания о создании таких систем в Российской космической программе до 2025 года.