Northrop Grumman: гучна, але тиха сенсація

25 лютого 2020 року на висоті майже 36 000 км над Землею сталася подія, про яку не протрубили в ЗМІ. Але вона варта нашої уваги, бо Northrop Grumman досягли важливої віхи в комерційній експлуатації космосу — КА MEV-1 пристикувався до комунікаційного супутника Intelsat-901. Супутник-ветеран чекав на буксир-ремонтник на так званій орбіті захоронення, яка на 300 км вища від геостаціонарної. MEV розшифровується як Mission Extension Vehicle. Його задача — продовжити життя старому геостаціонарному супутнику зв’язку, якому залишалося жити на робочій орбіті всього декілька місяців. Яким чином це можливо? Давайте трошки розберемося.

Геостаціонарна орбіта називається стаціонарною завдяки тому, що супутник, який перебуває на цій орбіті, ніби зависає над фіксованою точкою на поверхні Землі. Не зважайте на слово “стаціонарна” й те, що на висоті 35 786 км супутник не стикається зі спротивом атмосфери Землі так сильно, як, скажімо, МКС на своїй низькій орбіті. Загалом, позиція супутника на орбіті не така стабільна, як хотілося б, тому потрібна її постійна корекція.  Таким чином, в сучасних умовах, ресурс геостаціонарного супутнику зв’язку визначається вже не надійністю електроніки, а запасом пального для двигунів корекції. І саме тому, що в Intelsat-901 пального залишалося на пару місяців роботи, цілком справний супутник вже виводили з експлуатації. Так що, якби ми могли якимось чином дозаправити старенького, то він продовжив би працювати й приносити прибуток власнику.

Ця прекрасна ідея прийшла в голову інженерам ще в 2011 році. Але знадобилося вісім довгих років (і декілька процедур злиття/покупок компаній), щоб MEV-1, розробку якого почала ще компанія ATK, запустили вже під прапором Northrop Grumman (вона придбала Orbital ATK) російським Протоном. Відбулась ця славетна подія аж 30 вересня 2019 року. І ось, після подорожі на геостаціонарну орбіту, 1 лютого MEV-1 досяг орбіти Intelsat-901. 24 грудня він підійшов на відстань 80 метрів від цілі.

Після того, як інженери відкалібрували камери і вимірювальні прилади MEV-1 вони дали команду на стиковку і космічний буксир вставив свою стикувальну штангу супутнику в… е-е-е… сопло апогейного двигуна. Наразі два космічні апарати готові для повернення на робочу геостаціонарну орбіту до кінця березня. Таким чином планується, що супутник-ветеран Intelsat-901 пропрацює ще додаткових п'ять років на орбіті, покриваючи сигналом обидві Америки, Європу та Африку.

Здавалося б, це проста новина з царини телекомунікацій. Але давайте придивимося до неї краще, бо воно того варте. Почнемо з того, що Northrop Grumman встановили декілька рекордів зі словом “вперше” у описі:

• вперше відбулася стиковка двох приватних космічних апаратів.
• вперше зістикувалися два супутники, один із яких навіть не має ніяких пристосувань для стиковки (і його розробники не планували нічого такого).
• вперше комунікаційний супутник продовжить свою роботу, не маючи пального на борту.
• навіть знімки супутника на висоті 36 000 над Землею зробили вперше :)

Та власне, як зрозуміло з цього матеріалу, сама операція подовження ресурсу геостаціонарного супутника за допомогою іншого космічного апарату проводиться вперше!

Щоб створити MEV і досягти цих рекордів, інженери використали готові рішення від платформи GEOStar і вантажного корабля Cygnus, який використовується для постачання МКС по програмі Commercial Resupplay Services. Переміщення MEV-1 на високу орбіту і міжорбітальні маневри зв’язки буксир-супутник, забезпечує ЕРД — електро-ракетний двигун. Це ракетний двигун, який розганяє потік важкого газу (зазвичай ксенону), за допомогою ефекту Холлу (або інших принципів).

І хоча такий двигун має досить слабку тягу, у порівнянні з хімічними ракетними двигунами він...

По-перше, має дуже високий питомий імпульс тяги.

По-друге – використовує електроенергію, яку в космосі найпростіше отримати за допомогою сонячних батарей. Таким чином, він має принципово більший ресурс ніж хімічні двигуни; також він дозволяє отримувати енергію для руху прямо на орбіті, а не піднімати все з гравітаційного колодязя за допомогою РН.

Як я вже згадував, MEV-1 дозволить старенькому Intelsat-901 провести ще п'ять плодотворних років на орбіті. Але ресурс самого буксиру складає цілих 15 років, тому в Northrop Grumman розраховують використати його для допомоги ще як мінімум одному комунікаційному супутнику. А між тим вони готують запуск MEV-2, який використають для подовження життя ще одного геостаціонарного Intelsat. Заплановано, що Arian 5 доправить новий буксир на LEO до кінця цього року. Успішна стиковка MEV-1 додала оптимізму як маркетологам, які потирають руки з успішним кейсом для майбутніх клієнтів у портфоліо, так і інженерам. Останні вважають, що MEV-2 можна стикувати до супутника прямо на робочій геостаціонарній орбіті, не перериваючи його функціонування ;як це довелось робити для MEV-1 і Intelsat-901).

Очевидно, що використання MEV і міжорбітальних буксирів здатне розширити ресурс комерційних геостаціонарних супутників, зменшити собівартість їх експлуатації, уникнути зайвих запусків і запобігти збільшенню кількості космічного сміття. Northrop Grumman вже розробляє наступне покоління орбітальних роботів-ремонтників, які базуватимуться на великій платформі-матці. Як я розумію, це дозволить перезаправляти буксири і додатково зменшити потрібну кількість запусків. Навіть приблизно уявляю, що геостаціонарні супутники можна буде запускати на низьку опорну орбіту, де їх підхоплюватимуть буксири на ЕРД і витягнуть на робочу ГСО. В свою чергу, це дозволить збільшити їх масу, водночас здешевивши виробництво та запуск.

Не можу утриматись та не згадати: майже 30 років тому така схема була ідеею дипломного проекту мого однокурсника в ХАІ. Ось так студентські мрії минулого сторіччя стають реальністю…

За матеріалами Space News і Northrop Grumman. Особистий блог автора за посиланням, але краще ми переманимо його до себе!