Вторая жизнь в небесах: как бизнесмены воскрешают спутники

Давайте представим себе такой диалог:
— У меня вчера лопнула покрышка, я бросил машину и купил новую.
— Я тоже недавно купил новую машину: бензин кончился.
Трудно вообразить более фантасмагорический обмен репликами. Это театр абсурда? Нет, это космонавтика.

Если в космическом аппарате что-то выходит из строя, починить его некому. Исключения крайне редки. Да, американские астронавты несколько раз ремонтировали «Хаббл» (главный орбитальный телескоп всея астрономии мог себе это позволить). Да, однажды они поставили новый двигатель на спутник связи Intelsat 603, не долетевший до целевой орбиты.

Но ремонт силами астронавтов это так сложно и дорого, что оправданно лишь в исключительных случаях. К тому же Intelsat 603 удалось починить именно потому, что он остался вблизи Земли. На геостационарную орбиту, где обычно и работают спутники связи, люди не летают никогда — слишком она далекая.

Впрочем, настоящий бич космических аппаратов не «пробитые шины», а «кончившийся бензин». Разумеется, спутник — не автомобиль, но ему тоже нужно топливо. Двигатель приходится включать, чтобы корректировать орбиту и ориентацию аппарата в пространстве. Увы, заправки в космосе пока в остром дефиците (вообще-то их нет совсем). Поэтому космические аппараты, стоимость которых подчас измеряется сотнями миллионов долларов, приходится выводить из эксплуатации, как только у них закончится топливо. Зачастую при этом все системы работают, солнечные батареи дают энергию, казалось бы, живи и радуйся еще много лет.

Это касается не только спутников Земли. Скажем, обращавшийся вокруг Цереры Dawn и исследовавший систему Сатурна «Кассини» постигла та же участь. Лишившись возможности контролировать свою орбиту, «Кассини» мог со временем упасть на какой-нибудь из спутников Сатурна, а Dawn — на Цереру. А ведь там есть собственная органика, а в системе Сатурна, возможно, и жизнь. Загрязнять такую среду земными органическими «подарочками» было бы недопустимо. Поэтому Dawn на остатках топлива перевели на очень высокую орбиту, откуда он просто «не видит» малую планету (но зато никогда на нее и не упадет). А «Кассини» и вовсе сожгли, направив прямиком в атмосферу Сатурна.

Терять исследовательские межпланетные зонды особенно тяжело. На смену выбывшему спутнику связи тут же придет новый, поскольку это прибыльное вложение. А вот новых полетов к Церере или Сатурну поди дождись: интересных объектов для межпланетных экспедиций куда больше, чем выделяемых на них денег. Так что свертывание вполне еще жизнеспособных миссий было хоть и ожидаемым, но болезненным ударом прямо в нежные сердца астрономов.

Впрочем, владельцы коммерческих спутников тоже не рвутся выбрасывать деньги на солнечный ветер. Посему потребность принести в космос заправки и автосервисы назрела и перезрела.  

Воскреснуть на орбите

Первый реальный шаг в этом направлении сделала компания Northrop Grumman Corporation и ее «дочка» с говорящим названием SpaceLogistics LLC. Они предложили рынку свое детище: «Транспортное средство для продления миссии» (Mission extension vehicle, или MEV). Фактически это космический буксир. Он стыкуется со спутником, исчерпавшим запасы топлива, и берет на себя управление его орбитой и ориентацией. Важно, что «подопечному» не нужно никаких стыковочных узлов. MEV надежно прикрепляется к спутнику, буквально уцепившись за то, что есть.

К слову, MEV можно использовать и как уборщик для спутников, давно и прочно превратившихся в космический мусор.

В ответ на вопрос Naked Science об эффективности этой технологии заведующий лабораторией беспилотных летательных аппаратов МФТИ Александр Родин в своем комментарии сказал: «Это очень ожидаемая технология, и проблема здесь вовсе не в дороговизне спутников, а в том, что на геостационарной орбите сегодня очень тесно, она буквально забита действующими и выведенными из эксплуатации аппаратами. Поэтому роботизированные манипуляции там абсолютно необходимы».

Отметим, что сейчас принято на остатках топлива уводить спутники с геостационарной орбиты на орбиту-кладбище. Она не используется ни для чего, кроме складирования отслуживших свое аппаратов. Но пока космонавтика дорастала до принципа «ползи на кладбище, пока еще не умер», геостационарную орбиту успели порядком замусорить.

Предложением SpaceLogistics заинтересовался телекоммуникационный гигант Intelsat, управляющий пятью десятками спутников. Первая стыковка MEV (и, между прочим, вообще первая в истории стыковка коммерческих аппаратов) произошла 25 февраля 2020 года. Космический буксир MEV 1 взял под опеку спутник Intelsat 901, выведенный было из эксплуатации в 2019 году в связи с нехваткой топлива. Нежданный спасатель продлил ему жизнь еще на пять лет. Потом он уведет подопечного на орбиту-кладбище и отстыкуется. После этого у MEV 1 еще останется горючее, чтобы обслужить следующий спутник.

Отметим, что Intelsat 901 перед стыковкой на всякий случай поднимали на 180 километров. Если бы стыковка закончилась столкновением, космический мусор не попал бы на крайне востребованную геостационарную орбиту.

А уже 12 апреля 2021 года второй аппарат той же серии, MEV 2, сделал любителям космонавтики подарок к празднику. Он взял на буксир спутник Intelsat 10-02, который также будет опекать в течение пяти лет. Причем впервые эта операция прошла прямо на геостационарной орбите, а не в «песочнице» над ней.

Дотянуться рукой до спутника

Теперь же SpaceLogistics выводит свои услуги на новый уровень. Использовав MEV как платформу, инженеры создали «Роботизированное транспортное средство [для космических] миссий» (Mission robotic vehicle, или MRV). На MRV установлена рука-манипулятор, которая может пристыковать к спутнику дополнительные модули. В принципе, она могла бы также выполнять диагностику и даже мелкий ремонт.

Первым покупателем новой услуги стала компания Optus, крупнейший владелец спутников связи в Австралии. Согласно контракту, в 2024 году MRV стартует на ракете SpaceX. Помимо «рукастого» робота, на борту ракеты будет три 400-килограмовых модуля MEP. MEP означает Mission extension pod, что можно перевести как «подвесной двигатель для продления миссии». Это космический буксир «для бедных». Он выполняет меньше видов операций по коррекции орбиты, чем MEV. Тем не менее и он в состоянии на шесть лет продлить эксплуатацию типичного спутника массой 2 тонны.

Модуль MEP вставляется прямо в сопло штатного двигателя спутника (просим господина Фрейда воздержаться от комментариев!). Этот процесс показан в приведенном ниже видеоролике.

MRV и три MEP доберутся на геостационарную орбиту по отдельности. Зато потом космический робот будет захватывать двигательные модули и ставить их на спутники. В 2025 году первый модуль будет установлен на австралийский спутник D3. И это только начало. Помимо Optus контракты подписаны еще с пятью клиентами. Всего же робот MRV рассчитан на десять лет в космосе. Все это время к нему можно отправлять новые модули MEP. Компания рассчитывает, что профессиональный спаситель спутников установит до 60 модулей.

Интересно, что компания использовала новую бизнес-модель. Космический буксир MEV принадлежит SpaceLogistics, а клиент покупает только услугу по продлению эксплуатации своего спутника. А вот каждый модуль MEP покупается клиентом вместе с услугой по его установке.

Что день грядущий нам готовит

Вряд ли SpaceLogistics надолго останется единственным игроком на рождающемся у нас на глазах рынке. Так, NASA уже несколько лет испытывает на МКС систему Robotic Refueling Mission 3 (Роботизированная заправочная миссия — 3). Этот робот отрабатывает технологию заправки космических кораблей жидкостями, будь то топливо или охладитель. А Европейское космическое агентство уже заключило контракт со швейцарским стартапом ClearSpace на родственную услугу — уборку космического мусора. Она тоже требует стыковки перехватчика с аппаратом, изначально не предназначенным ни для каких стыковок.

К слову, подобные технологии имеют и еще один довольно неожиданный аспект.

«Любые космические аппараты, способные в автоматическом режиме сближаться и совершать манипуляции с другими аппаратами на орбите, это и инструмент разрушения космической инфраструктуры вероятного противника. Звездные войны роботов — давно не фантастика, а реальность, с которой необходимо считаться и, безусловно, принимать меры по защите своих интересов», — отмечает Александр Родин.

Что ж, это две стороны одной медали. Бок о бок с гражданской логистикой в космос шагает и военная. Напомним, что Naked Science недавно подробно рассказывал об этой новой угрозе.