Pentagon skuszony prywatną koncepcją "orbitalnej stacji paliw"

22 października 2021, 17:15
1500x500
Graf. Orbit Fab

Za zgodą Departamentu Obrony Stanów Zjednoczonych, laboratorium badawcze amerykańskich sił powietrznych AFRL (Air Force Research Laboratory) nawiązało współpracę badawczo-rozwojową z przedsiębiorstwem Orbit Fab, proponującym innowacje inżynieryjne mogące dawać nowe życie wygasającym misjom satelitarnym. Treścią zawartej umowy jest opracowanie wstępnej użytkowej technologii umożliwiającej "tankowanie" satelitów i statków kosmicznych w przestrzeni pozaziemskiej, z wykorzystaniem specjalnego zaworu i "orbitalnego dystrybutora". Pomysł ma umożliwić wdrożenie jednego z głównych założeń technicznych misji serwisowych na orbicie.

Wspomniane porozumienie o współpracy B+R zostało podpisane 14 października br. W jej ramach ma nastąpić transfer technologii do AFRL, przy wsparciu doradczym i inżynieryjnym amerykańskich sił zbrojnych.

Zaangażowany we współpracę Orbit Fab to amerykański startup specjalizujący się w obszarze technologii związanych z serwisowaniem satelitarnym, a zwłaszcza sposobami dostarczenia i wtłoczenia materiału pędnego do działających już na orbicie systemów i pojazdów satelitarnych. W czerwcu tego roku, przy wsparciu ze strony firmy SpaceX  i rakiety Falcon 9, społka Orbit Fab wyniosła już na LEO miniaturowy demonstrator "kosmicznej cysterny", Tanker-001 Tenzing.

Pomysł Orbit Fab opiera się na rozlokowaniu na orbicie niewielkich stacji, do których mogłyby autonomicznie cumować obiekty satelitarne i statki, w celu pobrania materiału pędnego przez specjalny, bezobsługowy (tj. taki, który zadziała bez dodatkowego mechanicznego naprowadzenia, z wykorzystaniem robotycznego ramienia bądź manipulatora) zawór wysokociśnieniowy RAFTI (Rapidly Attachable Fluid Transfer Interface). System ma być standaryzowany (oparty na wspólnym, ujednoliconym zaworze dostępowym - po stronie stacji serwisowej i satelity) oraz odpowiednio przystosowany, aby móc zachować hermetyczność i swoją funkcjonalność w trudnych warunkach panujących w przestrzeni kosmicznej. Jego zdolność wtłaczania materiału ma obejmować ciśnienie w przedziale od około 35 do 207 bar (500-3000 psi).

Amerykańskie siły kosmiczne (US Space Force) miałyby wykorzystać nowe możliwości inżynieryjne do przedłużenia resursu swoich satelitów, które w momencie, gdy skończy się w nich materiał pędny, są skazane na zakończenie misji. Wielokrotnie w takich sytuacjach pozostają na nich wciąż przydatne i sprawne technicznie urządzenia pokładowe, jednak brak niezbędnego paliwa uniemożliwia ich dalsze wykorzystywanie. Jednocześnie wskazuje się, że nowe zdolności serwisowe pozwoliłyby niezwykle poprawić ekonomiczny rachunek korzystania z rozwiązań satelitarnych dla zapewnienia bezpieczeństwa państwa.

W segmencie orbitalnego tankowania satelitów, amerykańskie siły zbrojne są kolejnym podmiotem starającym się o uzyskanie konkretnych technicznych zdolności. Warto przypomnieć, że założenia dotyczące tego aspektu lotów kosmicznych obejmuje również projekt Interplanetary Transport System, który po latach modyfikacji i prac rozwojowych nad dostosowaną orbitalną rakietą stał się tym, co dziś kojarzone jest z programem Starship spółki SpaceX. Ten komercyjny projekt również zakłada orbitalne tankowanie, jednak w celu odbywania misji w kierunku Marsa oraz w przyszłości ku innym ciałom Układu Słonecznego.

Sam pomysł tankowania w kosmosie jest przedmiotem rozważań inżynieryjnych już od dawna. Pionierskie prace w tym przedmiocie łączone są z radzieckim programem kosmicznym, z główną kontynuacją w ramach programu rosyjskiego. Przed wieloma dekadami, w czasach programu Salut, miało dojść już do pierwszych udanych prób transferu materiału, ówcześnie z pierwszych wersji statku Progress do stacji Salut 6. Do przeprowadzenia procedury użyto sprężonego gazu. Podobny sposób tankowania w kosmosie został wykorzystany później przy stacjach Salut 7, Mir oraz ISS.

image
Koncepcja wykorzystania stacji serwisowej z zaworem paliwowym RAFTI. Ilustracja: Orbit Fab

Dodajmy, że poza Rosją oraz Stanami Zjednoczonymi, własne rozwiązania umożliwiające orbitalne tankowanie ma Chińska Republika Ludowa. Cztery lata temu agencja CMSE (China Manned Space Agency) odpowiedzialna m.in. za załogowe loty kosmiczne obwieściła, że na niskiej orbicie okołoziemskiej nieistniejąca już stacja Tiangong-2 zatankowała paliwo od autonomicznego statku zaopatrzeniowego Tianzhou-1. Wtedy ta procedura, która była kontrolowana z chińskiego centrum kontroli lotów, trwała pięć dni, zakończyła się sukcesem, bez przekazania szerszych informacji ze strony chińskich władz.

Tankowanie w kosmosie nie jest czynnością prostą. W środowisku, w którym brakuje ziemskiego ciążenia, wszelkie płyny znajdujące się w zbiornikach unoszą się w sposób swobodny, co znacząco komplikuje transfer pomiędzy pojazdami - bez wpływu grawitacji należy inaczej "zmusić" paliwo do naporu. Jak wspomniano, sowieccy konstruktorzy używali w tym celu sprężonego gazu - inną metodą jest wykorzystanie różnicy ciśnień między wnętrzem łączonych zbiorników oraz samą przestrzenią kosmiczną.

Osobnym zagadnieniem jest tutaj jednak tankowanie rozpatrywane przez pryzmat serwisowania satelitarnego. Przeszkodą jest nie tylko inna specyfika gabarytowo-masowa, ale również znacząco większa skala wymogów dostosowania i integracji rozwiązań umożliwiających cumowanie, zabezpieczanie i zapewnienie przepływu substancji.

Jak dotąd wysiłki w obszarze serwisowania satelitarnego kojarzone są przede wszystkim z projektem biura projektowego SpaceLogistics - spółki zależnej koncernu Northrop Grumman, która współpracuje na tym polu z Agencją Zaawansowanych Projektów Badawczych w obszarze Obronności (DARPA) - przy programie rozwoju pojazdu MEV (Mission Extension Vehicle). System ten, wyposażony w robotyczne ramię i chwytny zacisk cumowniczy, może doczepiać się do satelitów działających na orbicie i odprowadzać je na zadane pozycje orbitalne, służąc jako dodatkowy moduł napędowy. W przyszłości ma być też zdolny do prowadzenia bardziej wymagających inspekcji i manipulacji na sprzęcie satelitarnym.

Northrop Grumman wysłał już na orbitę dwa pojazdy serwisowe MEV - pierwszy (MEV-1) pełni obecnie rolę modułu napędowego komercyjnego satelity Intelsat-901 w misji na orbicie geostacjonarnej. Do pomyślnego doczepienia na GEO doszło w lutym 2020 roku. Natomiast drugi z pojazdów (MEV-2) w kwietniu tego roku dokonał udanego połączenia z innym satelitą telekomunikacyjnym, Intelsat 10-02 (również na GEO).

KomentarzeLiczba komentarzy: 5
M
poniedziałek, 25 października 2021, 10:59

Na orbicie znajduje się ponad 5000 (pięć tysięcy) satelitów, z tego ok. 2000 jest w pełni funkcjonalnych. Ponadto, na orbicie zarejestrowano ponad 500 000 kosmicznych odpadów, a ich liczba wciąż wzrasta, drastycznie zwiększając poziom zagrożenia w przestrzeni kosmicznej. Nawet mikro odpadek (np. 10 gramów) może uszkodzić satelitę. Problemem jest zatem oczyszczenie orbity ze śmieci, co wymusi stosowanie orbitalnych bezzałogowych "śmieciarek", które zapewne będą również pełnić funkcje serwisowe oraz będą "tankować" satelity. Jedynym problemem są koszty. Dzisiejsze koszty wyniesienia 1 kg ładunku z Ziemi na niską orbitę okołoziemską (500 km) wahają się od 10 000 do 25 000 dolarów.

Rotor
poniedziałek, 25 października 2021, 01:05

Myślę że dalibyśmy radę naszym przemysłem tylko trzeba chcieć!

Eytu
sobota, 23 października 2021, 11:39

Orbitalna stacja paliw ok, ale ekonomiczniej będzie jeszcze stworzyć małe orbitalne cysterny, pobierającą ze stacji paliw paliwo. Mogłyby stanowić dodatkowo funkcję holowników dla zepsutych satelitów, ale jedynie dla dwóch klas - tych najniższych - i tych na geostacjonarnej. Jedne spychane w atmosferę, drugie spychane na złomowisko punkt Ziemia-Księżyc L1.

Levi
piątek, 22 października 2021, 20:17

Raczej wymienne modularne systemy zasilania i napedu sie przyjma. Glownym powodem nie stosowania jest sparzenie sie sprzetu. Satelita z zapasem paliwa na 10lat oznacza ze po 10 latach mamy staroć ktory nalezy spuscic na ziemie w kontrolowany sposob a nie tankowac. No chyba ze kochasz swoja syrenke i ciagle szukasz wachy 92 i Mixolu.

eDZIO
poniedziałek, 25 października 2021, 15:41

Syrena ma 70 lat - 10 lat to za malo na wymiane silinikow. Kazdy kilogram na orbicie jest cenny - wiec warto tankowac niz wymieniac cale moduly, byc moze z czasem uszlachetniajac mieszanke. Na razie lista satelitow z mozliwoscia tankowania jest zerowa i stosuje sie MEVy (poniekad jest to wymiana modulu). Efekt skali - pomysl atrakcyjny dla roju satelitow takich jak Starlink etc. - gdzie unifikacja silnikow, paliwa i wlasny CPN bedzie juz oplacalny.

Tweets Space24