Geekly articles weekly

ناقلات الفضاء



أثارت قصة القمر الصناعي MUOS 5 ، التي علقت في الطريق إلى المدار المستهدف ، تساؤلات حول إمكانية إعادة تزويد الأقمار الصناعية بالوقود في المدار مع سواتل أخرى خاصة. دعونا نرى أين وكيف تسمح الفيزياء بإعادة تزويد الأقمار الصناعية بالوقود ، الذين كانوا يعيدون التزود بالوقود لمدة أربعين عامًا ، وأيًا كانت مشروعات التزود بالوقود في الفضاء (وليس فقط) والتي تم التخطيط لها.

القليل من الفيزياء


من أجل فهم من وأين يعيد التزود بالوقود ، دعونا ننظر أولاً إلى مدى صعوبة مهمة إنشاء قمر صناعي للتزود بالوقود. من المنطقي أن نفترض أن مثل هذه الناقلة يجب أن تتحرك بين السواتل المستهدفة وتزودها بالوقود بعد ذلك. وهنا تنشأ مشكلة استهلاك الوقود لمثل هذه الحركات.



في المدارات المنخفضة ، تطير الأقمار الصناعية في حالة من الفوضى الظاهرة ، من أجل الانتقال من قمر صناعي إلى آخر ، سيكون من الضروري تغيير كل من ارتفاع المدار والميل. الآن هناك موارد جيدة عبر الإنترنت ، يمكنك أن ترى بنفسك مدى اختلاف مدارات الأقمار الصناعية المختلفة:

إذا قمت بتغيير ارتفاع المدار رخيص نسبيًا ، على سبيل المثال ، يمكنك الصعود 400x400 من 200x200 كيلومتر من خلال إنفاق



115 م / ث فقط وفقًا للصيغة ، ثم مع تغيير في الميل ، كل شيء محزن للغاية. بالنسبة للمدار الدائري ، سيكلفنا تغيير في الميل بمقدار 45 درجة بالصيغة



11 كم / ثانية ، أكثر من وضع القمر الصناعي في المدار. ويترتب على ذلك:

إن قمر ناقلة قادر على خدمة العديد من الأقمار الصناعية المستهدفة لا معنى له إلا بالنسبة لكوكبات الأقمار الصناعية الموجودة على نفس المستوى.


هل هناك مثل هذه الجماعات؟ نعم هناك.



8 أقمار صناعية في طائرة واحدة تقع في GPS / GLONASS. في هذه الطائرات ، تضطر الأقمار الصناعية في بعض الأحيان إلى المناورة لاستبدال الطائرات الفاشلة ، ولكن على ارتفاع 20000 كم لا توجد عقبات خطيرة ، وليس هناك حاجة لإنفاق الوقود على الحفاظ على المدار. في نفس المستوى توجد أيضًا جميع الأجهزة في المدار الثابت بالنسبة للأرض. وهنا يوجد تدخل منهجي فقط. نظرًا لتأثير القمر ، يتعين على الأقمار الصناعية إنفاق الوقود باستمرار للحفاظ على نقطة الوقوف المطلوبة ، ومع مراعاة موثوقية المكونات الإلكترونية الحديثة ، يحدث أحيانًا أن يغادر القمر الصناعي العامل مكانه ويتوقف عن كسب المال بسبب نفاد الوقود.

الخلاصة: إن الهدف الرئيسي لإعادة تزويد الأقمار الصناعية بالوقود هو مدار ثابت بالنسبة للأرض.

القليل من التاريخ




التفكير في الأمر قليلاً ، ولكن تم استخدام أشياء للتزود بالوقود في الفضاء بنجاح لمدة أربعين عامًا. صحيح أنها ليست الأقمار الصناعية التي تغذيها ، ولكن المحطات المدارية. بدءًا من ساليوت -6 (تم إطلاقه في المدار في عام 1977) ، تزود المحطات المدارية السوفيتية / الروسية بالوقود مع سفن الشحن بروجرس. تنفق المحطات المدارية الوقود بانتظام على المدار والمناورة لتجنب الحطام الفضائي ، لذلك يمد التزود بالوقود حياتهم. لكن "التقدم" يعمل كآلات للتزود بالوقود يمكن التخلص منها ولا يطير إلى أهداف أخرى. يمكن تحقيق الشيء نفسه بالنسبة للأقمار الصناعية ، ولكن هنا يبرز السؤال عن الجدوى الاقتصادية للتزود بالوقود لغرض واحد فقط.

أما بالنسبة للتزود بالوقود للسواتل ، فهذه التقنية على مستوى التجارب الفردية. في عام 2007 ، تم إطلاق اثنين من الأقمار الصناعية المصممة خصيصًا ، ASTRO و NEXTSat ، إلى المدار في إطار برنامج Orbital Express.



في المدار ، اقترب ASSTRO وارتبط مع NEXTSat. ثم صب الوقود (هيدرازين) في NEXTSat واستبدل وحدة ORU الخاصة ، التي ترمز إلى بطاريات الأقمار الصناعية. كانت المهمة ناجحة ، تم اقتراح استخدام تقنيات مماثلة للأقمار الصناعية العسكرية ، ولكن لم تكن هناك معلومات حول استخدامها منذ ذلك الحين.



في عام 2011 ، قدمت آخر رحلة مكوكية إلى محطة الفضاء الدولية منصة تجريبية لبعثة التزويد بالوقود الروبوتية ، التي كان من المفترض أن تضع تقنيات لخدمة الأقمار الصناعية وإعادة تزويدها بالوقود التي لم يتم إنشاؤها خصيصًا لمثل هذا التزود بالوقود. لذلك ، كانت هناك أدوات خاصة على الحامل لقطع رقبة الحشو المثبتة للسلك وفك الأغطية بالحشيات. إليك مقطع فيديو يحتوي على رسوم متحركة واختبارات أرضية:



في يناير 2013 ، تم اختبار الجناح بنجاح في محطة الفضاء الدولية. تم فتح أعناق التعبئة القياسية التي يتم من خلالها ملء الأقمار الصناعية بالأرض وتم توصيل مناور التعبئة بها بنجاح. في أغسطس من نفس العام ، تم تسليم معدات إضافية إلى محطة الفضاء الدولية - وحدات جديدة مزودة بصمامات وأعناق ساتلية ، وكذلك منظار بوري لرصد "تثبيت القمر الصناعي من الداخل". لكن هذه المعدات لم يتم اختبارها بعد.

في عام 2011 ، أعلنت الشركة الكندية MacDonald و Dettwiler and Associates عن إنشاء القمر الصناعي لخدمات البنية التحتية الفضائية للمدار الثابت بالنسبة للأرض ، ولكن في عام 2012 تم تجميد المشروع بسبب نقص العملاء المحتملين.

بعض الأخبار




في صيف عام 2016 ، أعلنت وكالة ناسا عن إنشاء القمر الصناعي Restore-L ، والذي سيتعين عليه في منتصف عشرينيات القرن الماضي إرساء وتزويد زحل بالساتل الاصطناعي لاندسات 7 للأرض عن بعد (تم إطلاقه في عام 1999) في مدار قطبي. يعني استخدام هذا المدار أن آلة إعادة التزود بالوقود ستكون قابلة للتخلص منها ، ولكن الوثائق تشير أيضًا إلى إصدار Restore-G للمدار الثابت بالنسبة للأرض.

في نهاية يونيو من هذا العام ، أعلنت وكالة الفضاء الصينية إعادة التزود بالوقود الناجح للقمر الصناعي في المدار. تم إطلاق قمرين صناعيين خاصين في 25 يونيو في أول إطلاق لمركبة الإطلاق Great Voyage-7. لم تظهر أي صور أو مقاطع فيديو منذ ذلك الحين ، فمن المنطقي افتراض أن التجربة كانت مشابهة لـ Orbital Express.



في ربيع هذا العام ، ظهرت أنباء عن توقيع عقد بين Orbital و Intelsat عند إطلاق مركبة تمديد المهمة في عام 2018 ، والتي من المفترض أن تطيل عمر القمر الصناعي بالوقود المستنفد لمدة خمس سنوات. من المثير للاهتمام ، من وجهة نظر هندسية ، سيتم حل المهمة هنا بشكل مختلف. بدلاً من الإزعاج مع فتح خطوط الغاز على القمر الصناعي بأدوات متطورة ، على النحو الذي اقترحته بعثة الروبوتية للتزود بالوقود ، يتم إغلاق القمر الصناعي MEV بثبات على المحرك الرئيسي وحلقة المحول حوله عند القمر الصناعي المستهدف. ونتيجة لذلك ، لن تصبح MEV ناقلة ، بل قاطرة ستقوم بتحريك وتدوير القمر الصناعي المستهدف بمحركاته. من المرجح أن يكون الجهاز يمكن التخلص منه ، ولكن ، من الناحية النظرية ، في وجود إمدادات الوقود وفشل الهدف ، لن يتدخل أحد في الطيران إلى قمر صناعي آخر.




خصوصية المقذوفات في المدار الثابت بالنسبة للأرض تعني أنه يمكنك الدخول فيه وإبطاء قليلاً للذهاب إلى مثل هذا المدار الذي سيزور نقاط وقوف أخرى. إذا لزم الأمر ، يمكنك الاستمرار في النقطة المطلوبة ، متناثرة قليلاً. يمكن استخدام هذه الخاصية ، وهي ملائمة لناقلات الأقمار الصناعية ، في مصالح أقل الإيثار. في ذلك اليوم ، ذهب قمرين صناعيين لبناء المدار المذكور أعلاه إلى الفضاء. لكن أقمار GSSAP بتكليف من وزارة الدفاع الأمريكية وسوف تراقب الأقمار الصناعية في المدار الثابت بالنسبة للأرض من مسافة قريبة. هذا هو الزوج الثاني من هذه الأقمار الصناعية ، وقد كان الأولين يراقبان المدار الثابت بالنسبة للأرض منذ عامين. لا يتم الكشف عن مناوراتهم لعامة الناس ، والأقمار الصناعية نفسها صغيرة جدًا بحيث لا يمكن ملاحظتها بسهولة من قبل علماء الفلك الهواة. بحسب الشائعاتيلتقطون صورًا رائعة للأقمار الصناعية في المدار الثابت بالنسبة للأرض ، وفي بيان صحفي صدر مؤخرًا عن القوات الجوية الأمريكية قيل أن أحد أحدث الأقمار الصناعية سيأخذ صورة للطوارئ MUOS 5 (هذا ممكن عندما يحلق عبر مركز المحيطات في منطقة المدار الثابت بالنسبة للأرض). من سوء الحظ أنه لرؤية هذه الصور سيتعين علينا الانتظار لسنوات عديدة حتى يتم رفع السرية عنها.

الخلاصة


تكنولوجيا التزود بالوقود عبر الأقمار الصناعية لم تحدد بعد أي طريق تسلكه. ربما ننتظر الناقلات بأسلوب مهمة إعادة التزود بالوقود الروبوتية ، وربما نعالج مركبة تمديد المهمة. كما أن الفوائد الاقتصادية ليست معروفة بعد ، على سبيل المثال ، يقارن Orbital ATK الفوائد الاقتصادية لصيانة الأقمار الصناعية مع التجارب على مركبات الإطلاق المسك القابلة لإعادة الاستخدام. حسنا ، انتظر وشاهد.

Source: https://habr.com/ru/post/ar396881/

More articles:


All Articles