Technologie serwisowania satelitów szybko stają się rzeczywistością

[KopalniaWiedzy.pl 358]

Nie istnieje żadna inna dziedzina ludzkiej aktywności, w której budowalibyśmy coś za pół miliarda czy miliard dolarów i nigdy dokonywali przeglądów, nigdy tego nie naprawiali i nie ulepszali, mówi Gordon Roesler, menedżer z DARPA (Agencja Badawcza Zaawansowanych Projektów Obronnych). Dziedziną, o której mówił Roesler, jest przemysł satelitarny.

Gdy satelita ulegnie na orbicie awarii lub gdy skończy mu się paliwo, jest albo kierowany w stronę Ziemi i płonie w atmosferze, albo też trafia na tzw. orbitę cmentarną, na której nie zagraża innym obiektom pracującym w kosmosie. Problem w tym, że urządzenia na pokładzie mogą być w świetnej kondycji, a mogło dojść do niewielkiej awarii lub też wyczerpało się paliwo. W ten sposób warte kolosalne pieniądze urządzenia przestają być używane, gdyż nie istnieje obecnie technologia, która pozwalałaby na serwisowanie satelitów.

Wkrótce jednak ma się to zmienić. DARPA współpracuje z firmą Space Systems Loral (SSL) nad dwoma projektami dotyczącymi serwisowania satelitów.

Pierwszy z nich t o Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites (RSGS), na którego czele stoi Roesler. Jego celem jest opracowanie technologii, które pozwolą na dokonywanie inspekcji i serwisowanie satelitów znajdujących się na orbicie geosynchronicznej (GEO), położonej w odległości około 36 000 kilometrów od Ziemi. W ostatnim dniu sierpnia bieżącego roku na orbicie tej znajdowało się 531 spośród wszystkich 1738 działających satelitów.

Drugi z projektów to prowadzony we współpracy z NASA Restore-L Mission. Jego celem jest serwisowanie satelitów na niskiej orbicie okołoziemskiej (LEO), czyli w odległości 160-1900 kilometrów od powierzchni planety. To tam znajduje się Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, Teleskop Hubble'a oraz 1071 satelitów.

NASA chce serwisować satelity, gdyż to przedłuży czas ich pracy i pozwoli na szybszy postęp technologiczny w kosmosie. Nowe technologie będą mogły bowiem trafić na już istniejące satelity. Agencja przewiduje też, że może rozwinąć się silny prywatny sektor serwisowania satelitów. Ponadto, jeśli będziemy dysponowali technologiami serwisowania satelitów, to technologie takie mogą posłużyć do budowy w przestrzeni kosmicznej czy to satelitów czy to olbrzymich obserwatoriów, jakich nie możemy zbudować na Ziemi, gdyż nie jesteśmy z stanie wynieść ich w całości w przestrzeń kosmiczną.

Infrastruktura kosmiczna to jeden z rodzajów krytycznej infrastruktury. Często jednak o niej zapominamy, gdyż jej nie widzimy. Na co dzień widzimy drogi, linie elektryczne czy infrastrukturę wodną. Tej kosmicznej nie widzimy, mówi Steve Oldham z SSL.Jednak infrastruktura ta odgrywa obecnie kluczową rolę w nawigacji satelitarnej, przewidywaniu pogody, przesyłaniu informacji czy sygnału telewizyjnego. I jest to jedyna infrastruktura, która nie jest serwisowana. Po prostu się ją wyrzuca, dodaje Oldham.

Zauważa on, że jeśli chcemy wysłać ludzi na Marsa, to najpierw musimy zbudować odpowiednią infrastrukturę w przestrzeni kosmicznej. "Z Ziemi nie możemy wystrzelić tak dużych elementów. Jeśli jednak będziemy mieli usługi i roboty serwisujące, to będzie mogli wysyłać misje w częściach i składać je w całość w przestrzeni kosmicznej", stwierdza Oldham. Taka technologia przyda się też, gdyby podczas wielomiesięcznej podróży na Marsa doszło do jakiejś awarii.

Technologia serwisowania satelitów byłaby w dużej mierze technologią zautomatyzowaną. Prace wykonywałoby automatyczne ramię sterowane przez operatora na Ziemi. Załoga misji serwisowej mogłaby w tym czasie zająć się rzeczami, których nie da się zrobić zdalnie z powierzchni planety.

Pierwsza misja serwisowa do satelity ma odbyć się już w 2019 robku. Będzie to wspomniana już Restore-L. W jej ramach NASA sprawdzi już posiadane technologie i za ich pomocą chce zatankować satelitę Landsat 7. Zadanie będzie tym trudniejsze, że satelita nie został zaprojektowany z myślą o prowadzeniu prac serwisowych, jednak zdaniem inżynierów, dysponujemy już technologiami, które i z tym sobie poradzą. Jeśli misja się powiedzie, Amerykanie będą mogli pomyśleć o przeprowadzeniu podobnych prac na innych swoich satelitach. W ostatnim dniu sierpnia bieżącego roku nad naszymi głowami latały 803 amerykańskie satelity, wśród których znajdowało się 150 pojazdów rządowych i 159 wojskowych. Z pewnością jednak technologią serwisowania byłyby zainteresowane też amerykańskie przedsiębiorstwa prywatne, które mają na orbicie 476 satelitów. Pozostałych 18 amerykańskich satelitów to urządzenia cywilne. Drugim po USA krajem z największą liczbą satelitów na orbicie są Chiny (204), a następnie Rosja (142).

Inspiracją do stworzenia technologii serwisowania satelitów stał się Teleskop Hubble'a. To jak dotychczas jedyny teleskop w przestrzeni kosmicznej, który był budowany z myślą o serwisowaniu. Dotychczas był on pięciokrotnie serwisowany, pojawiły się też pogłoski o możliwej szóstej misji serwisowej.

NASA jest bardzo zainteresowana misją Restore-L, gdyż pozwoli ona na rozwinięcie technologii pozwalających na załogową podróż na Marsa. NASA będzie potrzebowała technologii pozwalających na dokowanie, transportowanie ładunku pomiędzy pojazdami. Może dochodzić do awarii, a do ich usuwania chcemy wykorzystywać roboty, a nie ludzi. Wiele technologii, które rozwijamy na potrzeby Restore-L przyda się podczas misji na Marsa – mówi Ben Reed, zastępca dyrektora Satellite Servicing Projects Division w NASA.

Trzeba pamiętać, że zanim ludzie wylądują na Marsie, konieczne będzie zbudowanie tam stacji, w której zamieszkają. Jej tworzeniem zajmą się roboty, które będą musiały przetransportować wiele ton ładunku. Dla każdej grupy ludzi, która wyląduje na Marsie, będziemy potrzebowali olbrzymiej liczby towarów, która pozwoli im tam przeżyć. Na każdy start załogowej rakiety oznacza to start około 10 misji zaopatrzeniowych, wyjaśnia Reed.

Inne problemy stwarza naprawa satelitów na orbicie geostacjonarnej. Pojazdy takie znajdują się na tyle daleko od Ziemi, że ich sprowadzanie na naszą planetę w celach serwisowych jest po prostu nieopłacalne. Nawet te nieużywane bardziej opłaca się skierować na orbitę cmentarną, niż kierować w stronę Ziemi, by spłonęły w atmosferze.

W ramach misji RSGS DARPA przygotowała modularny zestaw składający się ze sprzętu i oprogramowania. SSL pracuje nad pojazdem, wynoszącym taki zestaw w przestrzeń kosmiczną. Firma powołała nawet spółkę-córkę Space Infrastructure Services, która zajmie się serwisowaniem i zarządzaniem tego typu misjami. DARPA i SSL wspólnie opracują komercyjny pojazd serwisowy.

« powrót do artykułu

[rahl 26]

I to jest pomysł, który może mieć prawdziwy sukces komercyjny oraz popchnie mocno rozwój branży kosmicznej. Aby to urzeczywistnić trzeba spełnić dwa wymogi:

1.Minimalizacja kosztów wejścia na LEO/GTO/GSO (patrz SpaceX)

2.Stworzenie orbitalnej stacji serwisowej, gdyż mogę się założyć, że spora część napraw będzie jeszcze przez długie lata wymagała bezpośredniej ludzkiej ingerencji, poza tym łatwiej będzie zawieźć na stację np. duży transport paliwa i dopiero z niej rozprowadzać je do poszczególnych satelitów. 

[tempik 83]

trochę bez sensu, bo przecież takie misje naprawcze nie będą za darmo. Lepiej wydać pieniądze na etapie projektu i budowy np. satelity żeby zwiększyć jej bezawaryjność. Poza tym takie misje jedynie miałyby sens dla sprzętu nowego, już kilkuletnie satelity są przestarzałe technologiczne i lepiej zrobić coś nowego lepszego, tańszego niż ładować kasę w reanimację trupa. Wyjątkiem mogą być teleskopy gdzie elektronikę do nich można zrobić w 1 dzień, a optykę trzeba miesiącami polerować. Tylko ile takich teleskopów lata i jak często się psują? Ten projekt mógłby latami czekać na pierwszą swoją akcję

[dexx 40]

Sam projekt ma oczywiście drugie dno, jak się będzie dało naprawić to będzie też można sabotować i pewnie dlatego DARPA dostała ten projekt.  Dzięki takiej technologi będzie można, naprawić, sabotować, albo lepiej się przyjrzeć cudzej technologii.

Kierunek w którym to zmierza bardzo mi się podoba, postęp w elektronice jest tak duży, że obecnie wystrzeliwane satelity prawie zawsze w momencie startu są przestarzałe technologicznie np. zastosowane procesory maja dużo niższą moc obliczeniową w porównaniu do tego co jest standardem na rynku.  Wynika to przynajmniej z dwóch czynników: po zbudowaniu satelita przechodzi długie testy które muszą wykluczyć jak najwięcej możliwych błędów po drugie najnowszej technologii nie ładuje się do satelity bo nie jest ona sprawdzona wiec ryzyko duże.

Idąc dalej tym tropem, optyka zastosowana w wielu teleskopach jest sprawna a wymiana elektroniki i dodatkowe tankowanie mogła by znacząco przedłużyć żywotność tych urządzeń jak i przydatność. Można by zrezygnować z redundancji, która jak widać na przykładzie teleskopu Keplera i jego kół reakcyjnych nie zawsze się sprawdza ( tym bardziej jeśli są wykonane w tej samej technologii).

Dzięki rezygnacji z redundancji satelity mogły by być lżejsze a co za tym idzie mogły by mieć mniej paliwa, jedna rakieta mogła by ich wynieść więcej. 

 

Jeśli "pojazd" serwisujący będzie wielokrotnego użytku i dodatkowo będzie współpracował z jakąś stacją orbitalną, to moimi zdaniem będzie to przełomowa technologia.

 

@tempik

Gdyby ta technologia już była w użyciu to Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba nie kosztował by 10mld usd tylko 1mld usd i pewnie powstały by JWST1 JWST2 i JWST3 mieszcząc się dalej w budżecie za resztę można by było spokojnie dopracować pojazdy serwisujące.

[rahl 26]

trochę bez sensu, bo przecież takie misje naprawcze nie będą za darmo. Lepiej wydać pieniądze na etapie projektu i budowy np. satelity żeby zwiększyć jej bezawaryjność. Poza tym takie misje jedynie miałyby sens dla sprzętu nowego, już kilkuletnie satelity są przestarzałe technologiczne i lepiej zrobić coś nowego lepszego, tańszego niż ładować kasę w reanimację trupa. Wyjątkiem mogą być teleskopy gdzie elektronikę do nich można zrobić w 1 dzień, a optykę trzeba miesiącami polerować. Tylko ile takich teleskopów lata i jak często się psują? Ten projekt mógłby latami czekać na pierwszą swoją akcję

Właśnie bez sensu jest podejście jakie proponujesz - obniżanie awaryjności/wydłużanie pracy bezobsługowej to właśnie największa część kosztów satelitów, przeciętny satelita telekomunikacyjny ma podobny poziom komplikacji co odpowiadająca mu stacja naziemna, ale kosztuje kilkadziesiąt razy więcej (nie licząc kosztów wyniesienia na orbitę). Jeśli będzie można będzie względnie łatwo je naprawiać/serwisować to same satelity będą znacznie tańsze, możliwa będzie konstrukcja modułowa co jeszcze bardziej ułatwi serwis i pozwoli na dalsze obniżenie kosztów przez uniformizację modułów.

[radar 104]

Mało tego, testy naziemne nie będą musiały być "absurdalnie długie", a więc i same satelity nie będą tak bardzo przestarzałe w momencie wyniesienia na orbitę.

Co do kosztów serwisowania vs. kosztów budowy nowego, błędne jest twierdzenie, że już lepiej zbudować nowy, bo tutaj liczy się masa, czyli koszt wyniesienia na orbitę. Jeśli zamiast tony instrumentów oraz tony osłon, silniczków, samej konstrukcji wyniesiemy w przestrzeń tylko paliwo, to właśnie o tyle taniej będzie serwisować.

Dziwi fakt, że dopiero teraz za to się zabrali (oficjalnie, bo może odpowiednie technologie wojskowe istnieją już dawno?)