Восход орбитальных ремонтных роботов: как Европа планирует спасать спутники в космосе

Сегодня у операторов спутников очень мало вариантов, когда у их космического оборудования заканчивается топливо, повреждаются солнечные батареи или коды ошибок не позволяют ему функционировать.

РЕКЛАМА

РЕКЛАМА

Некоторые проблемы с программным обеспечением можно устранить с земли, инженеры могут найти обходные пути для некоторых аппаратных неполадок, но в целом, когда спутник нуждается в обслуживании, нет удобной службы космического ремонта, в которую можно позвонить.

В результате многие старые спутники либо остаются на так называемых кладбищенских орбитах, либо, в худшем случае, дрейфуют и выходят из-под контроля, представляя опасность для другого космического оборудования и увеличивая количество космического мусора.

Поскольку количество космических аппаратов стремительно растет, европейские инженеры работают над созданием роботизированной механики, которая позволит продлить работу старых спутников или вытеснить устаревшие спутники с важных орбитальных траекторий.

"Это похоже на разваливающийся грузовик на дороге", - говорит Стефани Бехар-Лафенетр, руководитель проекта в Thales Alenia Space по финансируемой Европейским союзом миссии European Robotic Orbital Support Services (EROSS).

Их цель - запустить небольшой спутник европейского производства с роботизированной рукой в рамках пробного полета в 2028 году.

Чего добьется EROSS?

В ходе миссии EROSS сблизится с целевым спутником, выполнит облет, а затем продемонстрирует свою способность захватить и заправить космический аппарат. Thales Alenia Space также работает над универсальными разъемами в стиле USB, которые позволят роботу легче собирать компоненты в космосе.

К началу 2030-х годов планируется развернуть космические разборочные машины в стиле EROSS для платных клиентов.

"Идея заключается в том, что вы просто просите об услуге, чтобы вас отбуксировали в другое место или починили что-то, или заправили. Идея заключается в том, чтобы предоставлять услуги космическим компонентам, которые обычно для этого не предназначены", - рассказала она в интервью Euronews Next.

Последний пункт очень важен. Большинство спутников, которые сейчас вращаются вокруг Земли, никогда не были предназначены для обслуживания. Их строили с расчетом на то, что после запуска они будут работать самостоятельно до тех пор, пока у них не закончится топливо или не произойдет критическая поломка.

Но сегодня, когда на орбите находится около 15 000 действующих спутников и еще несколько тысяч неработающих аппаратов, очевидно, что обслуживание на орбите требует развития, в том числе инженерных систем, способных ловить и ремонтировать "несговорчивые" космические аппараты.

Жан-Люк Мария, генеральный директор и соучредитель компании ExoTrail, считает эту разработку естественным переходом от тех времен, когда спутники были инструментом для исследований и открытий, к сегодняшнему дню, когда спутники являются необходимой инфраструктурой для жизни на Земле.

"Когда вы достигаете критической массы этой инфраструктуры, у вас появляются новые потребности, которые направлены на управление этой инфраструктурой, - сказал французский инженер в интервью Euronews Next. Все просто - как шоссе и телекоммуникационным вышкам нужны ремонтные бригады, так и спутникам.

Как захватить нежелающий сотрудничать спутник?

Технические сложности обслуживания большинства спутников на орбите огромны. Для начала "нам нужно попытаться определить и захватить то, что совершенно не нужно захватывать", - говорит Бехар-Лафенетр. Для миссии EROSS роботизированный космический аппарат будет стремиться к металлическому кольцу, которое изначально соединяло спутник с ракетой при запуске.

Хотя это кольцо не является универсальным или стандартным, оно присутствует примерно на трех четвертях космических аппаратов и всегда проектируется как прочное.

"Как только вы за него ухватились, вы можете взять его на буксир", - говорит Бехар-Лафенетр.

"То есть вы можете взять на себя управление его положением и орбитой, а также переместить его из одного места на орбите в другое. Вы можете взять на себя любую функцию, которую космический аппарат не в состоянии выполнить самостоятельно", - добавила она.

Некоторые группировки предусматривают возможность обслуживания в будущем, как, например, спутники Eutelsat One Web, которые были запущены с магнитной пластиной на боковой стороне.

"Это очень хороший пример", - говорит Мария. "Мы знаем, что потенциально мы сможем разработать ответную пластину для крепления к спутнику OneWeb, который в какой-то момент нужно будет обслуживать".

Компания ExoTrail уже начала предлагать спутниковым компаниям сторонние услуги с помощью устройства, которое она называет "спейсван".

Это устройство, которое впервые полетит со SpaceX в 2023 году, переносит небольшие спутники от ракеты и доставляет каждый на определенную орбиту, подобно курьеру, развозящему посылки по домам и предприятиям.

Это то, что Мария называет "ранними услугами", своего рода совместное использование космического транспорта для доставки грузов на последнюю милю. Сейчас они готовятся к чему-то более амбициозному, а именно к полноценному рандеву и стыковке, которые позволят проводить осмотр, продлевать жизнь, заправлять и, в конечном счете, ремонтировать орбитальные аппараты.

Еще один ключевой сегмент рынка, на который нацелилась компания Exotrail, - это сход с орбиты, то есть преднамеренное сбрасывание спутника клиента в пустую часть океана. В прошлом месяце компания объявила о партнерстве с японской космической компанией Astroscale, чтобы продемонстрировать такую точную утилизацию спутников к 2030 году.

Каков правовой ландшафт и есть ли рынок?

В то время как технические проблемы огромны, правовой ландшафт также неясен. Если два спутника столкнутся во время обслуживания, кто будет нести ответственность? Если французский обслуживающий аппарат стыкуется с японским спутником, законы какой страны применяются? Эти вопросы Франция, Япония и другие страны активно решают с помощью таких рамочных документов, как Космическое право ЕС, и двусторонних соглашений.

Кроме того, возникает вопрос, кто будет платить за обслуживание на орбите и насколько велик рынок. "Оценить рынок сложно, потому что это похоже на проблему курицы и яйца", - признает Бехар-Лафенетр. "Вы всегда должны продемонстрировать, что вы способны это сделать, чтобы кто-то был заинтересован в приобретении услуги".

Самый очевидный рынок на ранней стадии развития находится далеко-далеко от Земли, на геостационарной орбите на высоте более 35 000 километров над нашими головами. Именно там у телекоммуникационных операторов есть стареющий флот, который они предпочитают поддерживать, а не заменять.

С появлением новых низкоорбитальных мегаконстелляций, предлагающих альтернативные телекоммуникационные решения, геостационарная орбита стала менее привлекательной для запуска новых космических аппаратов, поэтому услуги по продлению срока службы представляют особый экономический интерес.

Обслуживание на орбите имеет важное оборонное значение, что может обеспечить высокий рыночный спрос. Возможность осматривать, приближаться и манипулировать спутниками на орбите - это "убийственное" приложение в военном мире.

"По сути, это нечто двойное, - признает Мария. Россия, Китай и Индия продемонстрировали передовые возможности в этой области. Китай переместил геостационарный спутник на тысячи километров в 2022 году, а Индия несколько месяцев назад продемонстрировала стыковку в космосе.

Мы находимся в "долгом путешествии".

Однако не все так просто. НАСА столкнулось с проблемой курицы и яйца в своей миссии OSAM-1 (On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing), которую оно отменило в 2024 году после того, как расходы выросли, а коммерческий рынок для заправки неподготовленных спутников так и не сформировался.

Тем временем аппараты продления миссии компании Northrop Grumman работают на геостационарной орбите с 2020 года, продлевая жизнь спутникам Intelsat. Роботизированный аппарат нового поколения Mission Robotic Vehicle, запуск которого запланирован на этот год, будет использовать передовую робототехнику для установки "капсул продления миссии" и проведения инспекций, ремонта и даже уборки мусора.

Помимо Thales Alenia Space и Exotrail, несколько европейских компаний разрабатывают возможности обслуживания.

Швейцарская компания ClearSpace заключила контракт с Европейским космическим агентством (ЕКА) на проведение первой активной миссии по удалению космического мусора в 2027 году. В их системе используются два спутника, работающих в тандеме, что позволит осуществить первую в мире коммерческую миссию по активному удалению космического мусора на низкой околоземной орбите. В конце этого десятилетия они также намерены продемонстрировать свою технологию для стыковки и продления срока службы спутника на геостационарной орбите.

Другой ключевой игрок - итальянская компания D-Orbit, которая начала с создания спутникового носителя ION, схожего по концепции с "космическим фургоном" ExoTrail, а теперь нацелилась на создание "круговой космической экономики", используя космический мусор в качестве ресурса. В 2024 году компания подписала соглашение с ЕКА о миссии под названием RISE, которая продемонстрирует безопасное сближение и стыковку с геостационарным спутником, чтобы продлить срок его службы в 2028 году.

Будущее орбитального обслуживания должно проясниться к 2030 году. И уже через десятилетие технология, которая кажется научной фантастикой, может стать регулярной частью европейского управления космическим движением.

Тем не менее, Мария настаивает на том, чтобы не забывать о реальности. "Нам нужен поэтапный подход, - говорит он.

Поймать нежелающий сотрудничать спутник, который стремительно выходит из-под контроля в космосе, все еще возможно только в голливудских фильмах". "В общем, это будет долгий путь, вероятно, для всех компаний", - улыбается он.

Тем не менее, простой европейский космический грузовик уже в пути, а вместе с ним и возможность заправлять и спасать космические аппараты стоимостью в сотни миллионов евро, продлевая срок службы важнейшей инфраструктуры, соединяющей наш мир.