Сервисные спутники смогут воскресить выведенные из эксплуатации космические аппараты

В околоземном пространстве сейчас находится около 5 тыс. искусственных спутников. Около 2 тыс. из них работающие, остальные выведены из эксплуатации. Нефункционирующие спутники — космический мусор; они создают угрозу действующим спутникам.

Как правило, такие спутники вполне жизнеспособны и могли бы функционировать еще достаточно долгое время. Однако они вынуждены завершить свою работу, так как у них закончилось топливо или случилась поломка. Возникает вопрос: а что, если в космосе были бы орбитальные спутники технической помощи и заправочные станции? Спутник «техпомощи» подлетел к вышедшему из строя космическому аппарату, заправил, осуществил сервисно-восстановительные работы, и отремонтированный спутник полетел дальше выполнять свои функции.

Все это может стать возможным с развитием орбитального сервисного обслуживания.

В настоящий момент ведущими мировыми научными институтами ведутся работы по созданию сервисных спутников, способных обслуживать другие спутники и продлевать срок их эксплуатации.

Однако не все так просто. Задача сервисного обслуживания осложняется тем, что при проектировании находящихся на орбите спутников не была предусмотрена возможность их обслуживания. Также выведенные из эксплуатации спутники часто являются пассивными и могут находиться в состоянии неконтролируемого движения.

Перспективы применения сервисного спутника просто огромные. Его задачи могут быть как относительно простые, так и более сложные, такие как ремонтно-восстановительные работы, замена вышедших из строя блоков, развертывание нераскрывшихся солнечных батарей и антенн. Сервисный спутник может перевести обслуживаемый космический аппарат на новую рабочую орбиту или же осуществить дозаправку.

Амбициозной задачей сервисного обслуживания является выполнение сборочных работ на орбите. Предполагается, что сервисный спутник или же группировка роботов смогут собирать на орбите космические аппараты, станции и ферменные конструкции по размеру в десятки раз больше, нежели существуют сейчас. Большие перспективы имеют проекты по созданию на орбите межпланетных кораблей и атомных энергетических модулей.

Важным этапом сервисного обслуживания является диагностика состояния обслуживаемого космического аппарата. До осуществления каких-либо работ необходимо дистанционно оценить неисправности космического аппарата, идентифицировать параметры его движения и принять решение о необходимости проведения работ по обслуживанию спутника.

При реализации системы навигации необходимо предусмотреть возможность сближения с некооперируемыми спутниками, находящимися в состоянии неконтролируемого вращательного движения. Для определения положения обслуживаемого космического аппарата возможно использование лидаров и систем машинного зрения.

Одной из наиболее сложных задач орбитального обслуживания является стыковка.

Для осуществления стыковки сервисного спутника с обслуживаемым целесообразным вариантом является использование сопла апогейного двигателя, с помощью которого пассивный спутник довыводился на целевую орбиту. Такая схема стыковки реализует подход «штырь—конус». Использование сопла апогейного двигателя удобно, так как оно располагается на линии центра масс спутника.

Однако некоторые спутники, находящиеся на орбите, не имеют апогейного двигателя и выводятся на орбиту непосредственно разгонным блоком. В таком случае сервисный спутник может быть оснащен одним или несколькими манипуляторами, с помощью которых можно осуществить захват за какой-либо конструктивный элемент обслуживаемого спутника. Таким конструктивным элементом может быть кольцо-адаптер, с помощью которого осуществлялась связь сервисного спутника с разгонным блоком или ракетой-носителем.

Управление манипулятором может осуществляться как автоматически, так и в режиме дистанционного управления, когда человек-оператор находится на Земле или на борту орбитальной станции и управляет манипулятором с помощью специального задающего устройства.

Включение двигателей сервисного спутника при приближении к обслуживаемому космическому аппарату, а также неточности и ошибки относительного движения спутников при стыковке могут повлиять на траекторию движения обслуживаемого спутника, привести к его нежелательному закручиванию, поломке и невозможности дальнейшего обслуживания. Все это делает этап стыковки одним из наиболее важных и сложных этапов орбитального обслуживания.

Осуществив стыковку с пассивным спутником, сервисный спутник может взять на себя контроль позиции обслуживаемого космического аппарата и выполнять роль буксира. Таким образом, отслуживший свой срок спутник может продолжить выполнять свои функции, работая в связке с сервисным спутником.

Другим вариантом продления срока службы обслуживаемого спутника является его дозаправка. Одной из частых причин прекращения эксплуатации спутников является банальная выработка топлива, поэтому возможность дозаправки позволит значительно увеличить срок эксплуатации спутника.

Сложность этапа дозаправки состоит в том, что эксплуатируемые на данный момент спутники проектировались для единоразовой заправки топливом и не предусматривают повторную дозаправку.

Тем не менее разрабатываются различные варианты дозаправки существующих спутников. Например, один из возможных сценариев предполагает следующие этапы. При помощи специального инструмента срезается экранно-вакуумная теплоизоляция, защищающая заправочные горловины топливных баков. С помощью другого инструмента убирается стопорная проволока с крышек горловин. Далее откручиваются крышки заправочных горловин и к горловине каждого бака подключается специальный шланг. После этого в спутник-клиент переливается топливо. По окончании дозаправки закручиваются крышки и возвращаются на место стопорная проволока и теплоизоляция.

Развитие концепции сервисного обслуживания на орбите позволит снизить количество космического мусора, продлевать сроки эксплуатации существующих спутников и собирать на орбите космические аппараты и конструкции, открывающие новые горизонты исследования космоса.

Наталия Козлова, МГТУ им. Н. Э. Баумана