25.05.2022. - НАСА будет заправлять и ремонтировать спутники на орбите

НАСА будет заправлять и ремонтировать спутники на орбите

НАСА планирует миссию, чтобы продемонстрировать возможность ремонта и модернизации спутников на околоземной орбите. Миссия под названием OSAM-1 (On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing-1) отправит автоматический космический корабль, оснащенный роботизированными руками и всеми инструментами и оборудованием, необходимыми для ремонта, дозаправки или продления срока службы спутников, даже если они спутники не предназначены для обслуживания на орбите. Первый испытательный полет OSAM-1 планируется запустить не ранее 2026 года, и он выйдет на низкую околоземную орбиту для встречи, захвата и стыковки со спутником наблюдения Земли Landsat 7, находящимся на орбите с 1999 года. Это первое в своем роде демонстрационное испытание по дозаправке, а затем перевод спутника на новую орбиту. Хотя некоторые части миссии автономны, люди-телеоператоры будут выполнять большую часть процедур и маневров удаленно с Земли.

НАСА заявляет, что ремонт спутников — вместо того, чтобы просто позволить дрейфовать по орбите Земли выведенным из строя космическим кораблям, — помогает уменьшить космический мусор, чтобы создать более устойчивое будущее для исследования космоса. Кроме того, в ходе испытательного полета будет оцениваться сборка и производство роботов на орбите, которые многие считают технологиями, необходимыми для будущего, такими как техническое обслуживание во время длительных миссий человека в нашей Солнечной системе, а также строительство и обслуживание сооружений на орбите Луны или Марса.

Первоначальная идея спутника, обслуживающего космический корабль, принадлежит известному инженеру НАСА Фрэнку Чеполлине, который занимается ремонтом космических кораблей на орбите. Он руководил группами, отвечающими за планирование и постановку пяти миссий по обслуживанию космического телескопа Хаббл. Он помог разработать специализированные инструменты и процедуры, которые астронавты будут использовать для успешного ремонта и модернизации Хаббла, поддерживая работоспособность почтенного телескопа на годы дольше, чем предполагалось, и позволяя устанавливать более совершенные инструменты и технологии в каждой последующей миссии. Он также руководил группами, которые разрабатывали методы ремонта других спутников в первые дни эры космических челноков.

«Для меня поразительно, что мы просто выбрасываем спутники на орбиту», — сказала мне Чеполлина в 2016 году, когда я посетил Центр роботизированных операций в том, что тогда называлось Управлением возможностей обслуживания спутников в Центре космических полетов имени Годдарда НАСА. «Казалось, что мы должны найти способ починить эти спутники по экономическим причинам и для научных преимуществ, которые мы могли бы извлечь. Я хотел найти способ починить и модернизировать спутники».

Чеполлина, которому сейчас 85 лет, совсем недавно ушел из НАСА, но он воспитал и обучил несколько поколений инженеров, никогда не отказываясь от своей мечты ремонтировать спутники. После нескольких предложений по обслуживанию миссий эта концепция была официально признана миссией и получила статус «статьи статьи» в бюджете НАСА. Но предстоит еще много работы, чтобы быть готовым к запуску к 2026 году.

«Когда вы делаете что-то впервые, появляется множество новых технологий и процедур, и вы неизбежно сталкиваетесь с препятствиями и неудачами, и мы ничем не отличаемся», — сказал в интервью Росс Генри, менеджер по обслуживанию полезной нагрузки OSAM-1. с Вселенной сегодня. «Мы имеем дело с несколькими новыми системами, такими как новая система лидара (обнаружение света и определение дальности), уникальная система подачи топлива и две роботизированные руки [одна является дублирующей резервной], которые могут использовать одиннадцать уникальных инструментов и адаптеров, каждый со специфическими свойствами. цель как часть миссии».

Основной целью первого испытательного полета OSAM-1 будет дозаправка Landsat 7, который находится на высоте около 705 км (440 миль) над Землей. Но поскольку Landsat 7, как и многие другие спутники, никогда не предназначался для обслуживания и даже не был замечен снова, космический корабль OSAM-1 не может просто подъехать рядом с другим спутником и подключить топливный шланг.

Во-первых, OSAM-1 нужно будет подобраться достаточно близко, чтобы один из манипуляторов робота захватил Landsat 7, а затем выполнить стыковочные маневры, используя оригинальный стыковочный зажим или кольцо Мармана на спутнике.

«Тогда нам предстоит проделать большую работу, чтобы получить доступ к заправочной площадке», — объяснил Генри. «Дистанционным операторам OSAM-1 придется разрезать многослойную изоляционную тепловую оболочку и убрать ее с пути, чтобы обнажить клапаны наполнения и слива. Но когда они были закрыты перед запуском, эти клапаны были закрыты проволокой блокировки, так что нам придется пойти со специальными ножницами и вырезать их. Кроме того, есть лишние защитные колпачки, которые мы удалим».

OSAM-1 будет нести 122 кг (270 фунтов) топлива, и планируется передать 115 кг (250 фунтов) из него на Landsat 7 с помощью роботизированного манипулятора и системы выдвижных шлангов.

Конечно, все это происходит, когда оба космических корабля движутся со скоростью около 26 500 км/ч (16 500 миль в час). OSAM-1 оснащен шестью камерами сближения и сближения для использования при приближении к Landsat 7. Дополнительные двадцать одна камера являются частью специализированной системы датчиков зрения, позволяющей телеоператорам наблюдать за операциями со всех сторон, а прожекторы обеспечивают освещение для работы. продолжаются даже во время орбитальной ночи, которая случается примерно каждые 50 минут. Период обращения Landsat 7 составляет 99 минут.

Центр управления роботами Годдарда включает в себя специализированный испытательный стенд с черными стенами, обтянутыми шторами, так что, когда свет выключен, он имитирует темноту космоса. Это позволяет проводить обучение с полным погружением на полномасштабных макетах Landsat 7 и OSAM-1.

Ранее эта миссия была известна как Restore-L и была сосредоточена исключительно на дозаправке и ремонте. Но в феврале 2019 года к миссии был добавлен новый компонент под названием «Ловкий робот космической инфраструктуры» (SPIDER).

«Это добавляет часть OSAM-1, связанную со сборкой и производством, — сказал Генри. «Как только мы закончим с Landsat 7, мы выпустим его, а затем приступим к сборке и производству».

SPIDER включает в себя собственный роботизированный манипулятор длиной 5 метров (16 футов), в результате чего общее количество роботизированных манипуляторов, летающих на OSAM-1, достигает трех. SPIDER соберет действующую 3-метровую (9-футовую) антенну связи, построенную из частей, доставленных в космос, и продемонстрирует передачу в Ka-диапазоне с наземной станцией.

SPIDER также изготовит 32-футовую (10-метровую) легкую композитную балку, чтобы проверить возможность строительства крупных космических кораблей на орбите.

Разработка всех систем, инструментов и методов потребовала участия нескольких областей технологии.

«С нами работает много действительно нишевых инженеров, которые разбираются в этом и делают это изо дня в день», — сказал Генри. «Некоторые из наших самых уникальных инженеров — люди-роботы, которые знают, как устроены руки, и понимают нюансы суставов и механизмов — например, в какие позы можно и нельзя ставить руку, или если локтевой сустав выходит из строя, они знают, как вы все еще можете двигать концевой эффектор с помощью шести других приводов. У нас есть действительно отличная рабочая сила, которая глубоко погрузилась в техническую часть этой миссии в течение нескольких лет. Они все лидеры в своей области, я не знаю Думаю, есть еще одна такая же команда в стране или, может быть, даже в мире».

По словам Генри, поиск подходящего спутника-кандидата в качестве экспериментального объекта для этой демонстрационной миссии занял несколько лет переговоров, поскольку требования были конкретными, и это должен был быть спутник, принадлежащий правительству.

«Нам нужно было государственное агентство, которое было бы готово, чтобы их спутник первым продемонстрировал эту технологию», — сказал Генри. «Landsat 7 отвечает всем требованиям по ряду причин. Он находится на легкодоступной орбите, и его срок службы подходит к концу с точки зрения генерирующей науки. Landsat 9 уже запущен и вводится в эксплуатацию, так что его преемник уже запущен и функционирует».

Номинальная научная миссия Landsat 7 завершилась 6 апреля 2022 года, и его основной научный инструмент, Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+), был переведен в режим ожидания. Но за двадцать два года его эксплуатации были получены существенные данные по управлению и оценке земного покрова, исследованиям глобальных изменений и картографированию.

Финансируемая и базовая миссия для OSAM 1 - это «один и готово», когда он завершит обслуживание, дозаправку, а затем сборку и производство, его планируется вывести с орбиты и сжечь в атмосфере Земли.

«Учитывая это, мы понимаем, что управляем очень мощным транспортным средством с доступным топливом, — сказал Генри, — поэтому есть много людей, которые хотели бы, чтобы мы выполнили следующую миссию, пока мы находимся на орбите. прямо сейчас ничего не было объявлено или профинансировано».

Генри сказал, что для него большая честь и он рад возглавить усилия по осуществлению мечты Фрэнка Чеполлины о наличии на орбите настоящего спутника, обслуживающего «эвакуатор». У Чеполлины есть еще одна мечта: флот этих спутников, похожих на эвакуаторы, мог бы строить в космосе не только жилища, но и большие космические телескопы, способные, например, напрямую отображать далекие экзопланеты.

«То, что мы демонстрируем в части сборки и производства, закладывает основу для будущих достижений в поисках внеземной жизни и, надеюсь, колонизации Солнечной системы», — сказал Генри. «Я думаю, что спустя десятилетия вы сможете проследить это до OSAM-1, которая стала первой миссией США, продемонстрировавшей эти возможности на орбите».

Источник