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Raumtanker



Die Geschichte des MUOS 5-Satelliten, der auf dem Weg zur Zielumlaufbahn feststeckte, warf Fragen nach der Möglichkeit auf, Satelliten im Orbit mit anderen speziellen Satelliten zu betanken. Mal sehen, wo und wie die Physik das Betanken von Satelliten erlaubt, die sie seit vierzig Jahren betanken, und auch, welche Weltraumbetankungsprojekte (und nicht nur) geplant waren und sind.

Ein bisschen Physik


Um zu verstehen, wer und wo zu tanken ist, schauen wir uns zunächst an, wie schwierig die Erstellung eines Betankungssatelliten ist. Es ist logisch anzunehmen, dass sich ein solcher Tanker zwischen den Zielsatelliten bewegen und diese anschließend auftanken müsste. Und hier tritt das Problem des Kraftstoffverbrauchs für solche Bewegungen auf.



In niedrigen Umlaufbahnen fliegen die Satelliten in scheinbarem Chaos. Um sich von einem Satelliten zum anderen zu bewegen, müssen sowohl die Höhe der Umlaufbahn als auch die Neigung geändert werden. Jetzt gibt es gute Online-Ressourcen. Sie können selbst sehen, wie unterschiedlich die Umlaufbahnen verschiedener Satelliten sind:
  • Die Umlaufbahn des Geräts wird hier angezeigt.
  • Und hier ist die Flugbahn relativ zur rotierenden Erde.

Wenn Sie die Höhe der Umlaufbahn relativ günstig ändern, können Sie beispielsweise 400x400 von 200x200 km erklimmen, indem Sie



nur 115 m / s gemäß der Formel ausgeben. Bei einer Änderung der Neigung ist alles sehr traurig. Für eine kreisförmige Umlaufbahn kostet uns eine Änderung der Neigung um 45 ° nach der Formel



11 km / s mehr als die Aufnahme eines Satelliten in die Umlaufbahn. Daraus folgt:

Ein Tankersatellit, der mehrere Zielsatelliten bedienen kann, ist nur für Satellitenkonstellationen in derselben Ebene sinnvoll.


Gibt es solche Gruppen? Ja, gibt es.



8 Satelliten in einer Ebene befinden sich bei GPS / GLONASS. In diesen Flugzeugen müssen Satelliten manchmal manövrieren, um ausgefallene zu ersetzen, aber in einer Höhe von 20.000 km gibt es keine ernsthaften Hindernisse und es besteht keine Notwendigkeit, Treibstoff für die Aufrechterhaltung der Umlaufbahn auszugeben. In derselben Ebene befinden sich auch alle Geräte in der geostationären Umlaufbahn. Und hier gibt es nur eine systematische Störung. Aufgrund des Einflusses des Mondes müssen Satelliten ständig Treibstoff ausgeben, um den erforderlichen Standpunkt aufrechtzuerhalten. Unter Berücksichtigung der Zuverlässigkeit moderner elektronischer Komponenten kommt es manchmal vor, dass ein funktionierender Satellit seinen Platz verlässt und kein Geld mehr verdient, weil ihm der Treibstoff ausgeht.

Schlussfolgerung: Das Hauptziel beim Betanken von Satelliten ist eine geostationäre Umlaufbahn.

Ein bisschen Geschichte




Ein wenig darüber nachdenken, aber das Auftanken von Objekten im Weltraum wird seit vierzig Jahren erfolgreich eingesetzt. Es stimmt, es sind nicht Satelliten, die es befeuern, sondern Orbitalstationen. Beginnend mit Saljut-6 (1977 in die Umlaufbahn gebracht) tanken sowjetisch-russische Orbitalstationen mit Progress-Frachtschiffen. Orbitalstationen geben regelmäßig Treibstoff für das Umkreisen und Manövrieren aus, um Weltraummüll zu vermeiden, sodass das Auftanken ihre Lebensdauer verlängert. Aber der „Fortschritt“ funktioniert als Einweg-Tankmaschine und fliegt nicht zu anderen Zielen. Ähnliches kann für Satelliten realisiert werden, aber hier stellt sich die Frage nach der wirtschaftlichen Machbarkeit des Betankens nur eines Zwecks.

Was das Betanken von Satelliten betrifft, so befindet sich diese Technologie auf der Ebene einzelner Experimente. 2007 wurden zwei speziell entwickelte Satelliten, ASTRO und NEXTSat, im Rahmen des Orbital Express-Programms in die Umlaufbahn gebracht.



Im Orbit näherte sich ASSTRO und legte an NEXTSat an. Dann goss er Kraftstoff (Hydrazin) in den NEXTSat und ersetzte das spezielle ORU-Modul, das die Satellitenbatterien symbolisierte. Die Mission war erfolgreich, es wurde vorgeschlagen, ähnliche Technologien für Militärsatelliten einzusetzen, aber seitdem liegen keine Informationen über deren Einsatz vor.



Im Jahr 2011 lieferte der letzte Shuttle-Flug zur ISS einen Versuchsstand der Robotic Refueling Mission, auf dem Technologien für die Wartung und Betankung von Satelliten erarbeitet werden sollten, die nicht speziell für diese Betankung entwickelt wurden. Daher befanden sich auf dem Ständer Spezialwerkzeuge, um den Befestigungsfüllstutzen des Drahtes abzuschneiden und die Abdeckungen mit Dichtungen abzuschrauben. Hier ist ein Video mit Animationen und Bodentests:



Im Januar 2013 wurde der Stand auf der ISS erfolgreich getestet. Die Standard-Einweg-Füllhälse, durch die Satelliten die Erde füllten, wurden geöffnet und der Füllmanipulator erfolgreich mit ihnen verbunden. Im August desselben Jahres wurden zusätzliche Geräte an die ISS geliefert - neue Einheiten mit Satellitenventilen und -hälsen sowie ein Endoskop zur Beobachtung der „Fixierung des Satelliten von innen“. Dieses Gerät wurde jedoch noch nicht getestet.

Im Jahr 2011 kündigte das kanadische Unternehmen MacDonald, Dettwiler and Associates die Schaffung des Satelliten Space Infrastructure Servicing für die geostationäre Umlaufbahn an. Im Jahr 2012 wurde das Projekt jedoch aufgrund des Mangels an potenziellen Kunden eingefroren.

Einige Neuigkeiten




Im Sommer 2016 kündigte die NASA die Schaffung des Satelliten Restore-L an, der Mitte der 2020er Jahre den Fernerkundungssatelliten Landsat-7 (1999 gestartet) im polaren Orbit andocken und betanken muss. Die Verwendung dieser Umlaufbahn bedeutet, dass die Tankmaschine wegwerfbar ist. In den Dokumenten wird jedoch auch die Version von Restore-G für die geostationäre Umlaufbahn erwähnt.

Ende Juni dieses Jahres gab die chinesische Weltraumbehörde die erfolgreiche Betankung des Satelliten im Orbit bekannt. Zwei spezielle Satelliten wurden am 25. Juni beim ersten Start der Trägerrakete Great Voyage-7 gestartet. Seitdem sind keine Fotos oder Videos mehr erschienen. Es ist logisch anzunehmen, dass das Experiment Orbital Express ähnlich war.



Im Frühjahr dieses Jahres erschienen Nachrichten über die Unterzeichnung eines Vertrags zwischen Orbital und Intelsat über den Start des Mission Extension Vehicle im Jahr 2018, der die Lebensdauer des Satelliten mit erschöpftem Treibstoff um fünf Jahre verlängern soll. Interessanterweise wird die Aufgabe hier aus technischer Sicht anders gelöst. Anstatt sich mit dem Öffnen von Gasleitungen auf dem Satelliten mit ausgeklügelten Werkzeugen zu beschäftigen, wie von der Robotic Refueling Mission vorgeschlagen, rastet der MEV-Satellit einfach fest am Hauptmotor und dem Adapterring um ihn herum am Zielsatelliten ein. Infolgedessen wird MEV kein Tanker, sondern ein Schlepper, der den Zielsatelliten mit seinen Triebwerken bewegt und dreht. Das Gerät wird höchstwahrscheinlich wegwerfbar sein, aber theoretisch wird bei Vorhandensein einer Kraftstoffversorgung und einem Ausfall des Ziels niemand den Flug zu einem anderen Satelliten stören.




Die Spezifität der Ballistik der geostationären Umlaufbahn bedeutet, dass Sie in diese einfahren und etwas langsamer fahren können, um in eine solche Umlaufbahn zu gelangen, die andere Standpunkte besucht. Bei Bedarf können Sie an der gewünschten Stelle leicht verteilt verweilen. Diese Eigenschaft, die für Satellitentanker geeignet ist, kann in weniger altruistischen Interessen genutzt werden. Erst neulich gingen zwei Satelliten des Baus der bereits erwähnten Orbital ATK ins All. Die GSSAP-Satelliten wurden jedoch vom US-Verteidigungsministerium in Auftrag gegeben und werden Satelliten im geostationären Orbit aus nächster Nähe überwachen. Dies ist das zweite Paar solcher Satelliten, die ersten beiden beobachten seit zwei Jahren die geostationäre Umlaufbahn. Ihre Manöver sind der Öffentlichkeit nicht zugänglich, und die Satelliten selbst sind zu klein, um von Amateurastronomen leicht bemerkt zu werden. Gerüchten zufolgeSie machen wundervolle Fotos von Satelliten in der geostationären Umlaufbahn, und in einer kürzlich veröffentlichten Pressemitteilung der US-Luftwaffe wurde gesagt, dass einer der neuesten Satelliten ein Foto des Notfall-MUOS 5 machen würde (dies ist möglich, wenn er durch das Apozentrum in der geostationären Umlaufbahn fliegt). Ein Unglück ist, dass wir viele Jahre warten müssen, bis diese Fotos freigegeben sind, um sie zu sehen.

Fazit


Die Satellitenbetankungstechnologie hat noch nicht entschieden, welchen Weg sie einschlagen soll. Vielleicht warten wir auf Tanker im Stil der Robotic Refueling Mission und ziehen vielleicht an einem Mission Extension Vehicle. Die wirtschaftlichen Vorteile sind ebenfalls noch nicht bekannt. Beispielsweise vergleicht Orbital ATK die wirtschaftlichen Vorteile der Satellitenwartung mit Experimenten mit wiederverwendbaren Moschus-Trägerraketen. Nun, abwarten und sehen.

Source: https://habr.com/ru/post/de396881/

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