Nowe życie satelitów. Siły Kosmiczne USA planują demonstracje tankowania i serwisowania satelitów wprost na orbicie

Siły Kosmiczne Stanów Zjednoczonych poinformowały, że rozpoczęły przygotowania do demonstracji tankowania i serwisowania satelitów na orbicie geostacjonarnej. W przyszłym roku zamierzają wysłać w kosmos kilka statków działających w ramach dwóch demonstracji usług orbitalnych. Jedna z nich ma przetestować tankowanie satelitów w przestrzeni kosmicznej, a druga sprawdzić, czy pojazd serwisowy będzie w stanie zadokować do innego satelity i manewrować nim.

Kosmiczne tankowce

W kosmos polecą: statek do transferu paliwa zbudowany przez Astroscale U.S., magazyn paliwa opracowany przez Orbit Fab oraz serwisowy „holownik kosmiczny” firmy Starfish Space. Statki mają zademonstrować technologie określane przez Siły Kosmiczne jako „servicing, mobility and logistics” (serwisowanie, mobilność i logistyka) – kategorię rozwiązań, które według wojskowych liderów mogą okazać się niezbędne.

Statek Astroscale o nazwie Provisioner został wyposażony w specjalny zbiornik na paliwo kosmiczne, czyli hydrazynę. Zbiornik może być napełniany i używany wielokrotnie. Provisioner ma za zadnie zatankowanie satelitów Tetra-5. Następnie pojazd serwisowy uzupełni własne paliwo z magazynu Orbit Fab umieszczonego na platformie firmy Impulse Space.

Kryptonim USSF-23

Ta testowa Sił Kosmicznych misja o kryptonimie USSF-23 obejmuje także oddzielny eksperyment z udziałem pojazdu serwisowego Otter firmy Starfish Space — niewielkiego autonomicznego statku kosmicznego zaprojektowanego do dokowania i manewrowania satelitami na orbicie.

Otter ma zadokować do „nieprzygotowanego” satelity, który pierwotnie nie był projektowany z myślą o serwisowaniu. Siły Kosmiczne chcą wykorzystać ten pojazd do testowania tzw. „augmented maneuver” (wspomaganego manewrowania) – czyli efektywnego dodania napędu i zdolności manewrowych satelitom, które mają ograniczone zapasy paliwa lub własne możliwości manewrowania.

O to, dlaczego tego typu manewry orbitalne są wyjątkowo skomplikowane, zapytaliśmy Pawła Paśko, kierownika Sekcji Mechatroniki w firmie PIAP Space.

Wiele poziomów komplikacji

– Cała procedura wymaga bardzo nietypowych i precyzyjnych technologii i to na różnych poziomach. Tradycyjne satelity są zazwyczaj stacjonarne i rzadko manewrują, a w przestrzeni orientują się względem gwiazd, Słońca i Ziemi. Satelity serwisowe muszą z kolei dużo manewrować, żeby zbliżyć się do innego obiektu, a do tego muszą orientować się względem swojego celu. To wymusza zastosowanie zupełnie innych czujników i napędów – tłumaczy Paśko.

– Sam serwis wymaga też specyficznego ładunku użytecznego, takiego jak ramiona robotyczne, chwytaki, mechanizmy dokujące czy interfejsy do transferu paliwa. Wszystkie te technologie trzeba opracować, przetestować i upewnić się, że są niezawodne i bezpieczne – pod żadnym pozorem nie można przecież zderzyć się z satelitą, którego chce się naprawić – wyjaśnia ekspert.

Dodaje, że na tym nie koniec trudności, ponieważ układy sterowania satelitów bardzo źle znoszą zmianę środka masy lub pojawiające się drgania. A to podstawowy problem, z którym trzeba się zmierzyć podczas przechwytywania innego satelity.

W momencie połączenia nie sterujemy już pojedynczym pojazdem, tylko zestawem dwóch obiektów o znacznie większej masie, z czym system sterowania musi sobie poradzić. Ten sam efekt pojawia się przy przepompowywaniu paliwa – jeden satelita traci na wadze, drugi zyskuje, a samo paliwo „lata” swobodnie w zbiorniku i wcale nie chce łatwo trafić do wlotu pompy. Nie wspominając o tym, że każdy ruch ramienia robotycznego na orbicie porusza całym satelitą – nie ma tam stabilnego punktu oparcia, jaki znamy z Ziemi. Jak widać, wyzwań jest naprawdę mnóstwo.

Polacy opracowują własne systemy kosmicznego serwisowania

Paweł Paśko podkreśla, że już sam proces złapania innego satelity jest ogromnym wyzwaniem. W momencie kontaktu obiekt natychmiast „ucieka”. Przechwycenie satelity było trudnym zadaniem nawet dla astronautów, co pokazały dawne misje serwisowe realizowane z pokładów wahadłowców – a co dopiero dla maszyny wyposażonej w ramię robotyczne i niewielki komputer pokładowy.

Właśnie dlatego przyszłoroczna misja testowa Sił Powietrznych jest tak skomplikowana i tak ważna. Jeśli się powiedzie, będzie to prawdziwy przełom w myśleniu i żywotności satelitów. Polski PIAP Space także zajmuje się tematem serwisowania satelitów na orbicie.

– Rozwijamy zarówno ładunki użyteczne, czyli urządzenia do serwisowania (takie jak ramiona i chwytaki), jak i wchodzimy na poziom dostawcy usług serwisowych czy transportu orbitalnego m.in. poprzez projekt RAVEN realizowany wspólnie z ESA. Właśnie negocjujemy kontrakt na dostarczenie chwytaka dla komercyjnej misji serwisowej. Urządzenie to przeszło już m.in. testy na stole granitowym, udowadniając, że potrafi skutecznie złapać innego satelitę w warunkach odzwierciedlających stan nieważkości – podsumowuje kierownik Sekcji Mechatroniki PIAP Space.

Jak zawsze trzymamy kciuki za naszych.

Źródło: spacenews.com

Nasza autorka

Ewelina Zambrzycka-Kościelnicka

Dziennikarka i redaktorka zajmująca się tematyką popularnonaukową. Pisze przede wszystkim o eksploracji kosmosu, astronomii i historii. Związana z Centrum Badań Kosmicznych PAN oraz magazynami portali Gazeta.pl i Wp.pl. Ambasadorka Śląskiego Festiwalu Nauki. Współautorka książek „Człowiek istota kosmiczna”, „Kosmiczne wyzwania” i „Odważ się robić wielkie rzeczy”.