Space Force

ВАШИНГТОН — Оборудование для дозаправки спутников, разработанное Northrop Grumman, является первым, которое было выбрано в качестве предпочтительного стандарта для военных спутников США, объявила компания 29 января.

В качестве шага, который может сформировать рынок обслуживания спутников на орбите, U.S. Space Force Space Systems Command определило модуль пассивной дозаправки Northrop Grumman (PRM) в качестве предпочтительного интерфейса для обеспечения будущей дозаправки военных спутников в космосе. PRM оснащен стыковочным механизмом, позволяющим кораблю-заправщику на орбите перекачивать топливо на другой спутник для продления срока его службы.

Northrop Grumman заявила, что Space Systems Command, которое курирует программы космической логистики и обслуживания, также поддержит разработку компанией орбитального топливозаправщика для работы на геостационарной орбите, который будет вмещать до 1000 кг гидразинового топлива и доставлять его на спутники клиентов по запросу.

Лорен Смит, руководитель программы дозаправки в космосе Northrop Grumman, сказала, что выбор PRM был основан на зрелости и технической жизнеспособности конструкции, а также опыте компании по обслуживанию спутников на орбите. Дочерняя компания Northrop Grumman в области SpaceLogistics остается единственной коммерческой фирмой, которая успешно обслуживала спутники на геостационарной орбите, дважды состыковавшись со спутниками клиента Intelsat на высоте около 22 000 миль над Землей для продления срока службы космических аппаратов.

Преимущество на формирующемся рынке

Принятие на вооружение PRM Northrop Grumman, хотя и не эксклюзивное, знаменует собой первый случай, когда Космические силы публично определили предпочтительную систему.

U.S. Space Force также оценивают другие технологии, в том числе интерфейс дозаправки, разработанный стартапом Orbit Fab, известный как быстросъемный интерфейс для перекачки жидкости (RAFTI). Другие компании, такие как Lockheed Martin и Astroscale, также разрабатывают интерфейсы для соединения спутников с обслуживающими транспортными средствами.

Отраслевые аналитики отмечают, что установление технических стандартов будет ключевым фактором для того, чтобы этот сектор промышленности набрал обороты. Поскольку индустрия дозаправки спутников все еще находится в зачаточном состоянии, одобрение Космических сил, возможно, дает Northrop Grumman преимущество первопроходца и устанавливает ранний стандарт на рынке, который еще не принял официальных спецификаций.

Технические характеристики будут опубликованы позднее

В интервью SpaceNews Смит сказал, что командование космических систем намерено предоставить технические характеристики модуля PRM в распоряжение отрасли в целом. «У SSC есть комплект поставки. Они опубликуют достаточно информации, чтобы кто-нибудь мог сделать PRM, если бы захотел», - сказала она. «Мы действительно хотим, чтобы PRM распространялся. Стандарты важны для развития всей экосистемы спутникового обслуживания».

Смит добавил, что решение объявить PRM предпочтительным интерфейсом было принято после «тщательного инженерного анализа, в ходе которого рассматривалось наше решение, его техническая зрелость и жизнеспособность для достижения успеха». Но она отметила, что U.S. Space Force «безусловно, могли бы выбрать другие» по мере развития технологий на коммерческом рынке.

Подразделение оборонных инноваций выделило финансирование на разработку PRM. По словам Смита, правительственные и коммерческие спутники, оснащенные адаптером, должны выйти на орбиту к 2025 году. Она не смогла определить, на каких конкретно военных спутниках будет установлен модуль, но сказала, что PRM отправится в дебютную миссию нового обслуживающего космического корабля SpaceLogistics, названного Mission Robotic Vehicle (MRV), запланированную на 2025 год.

Следующий шаг: заправщик GAS-T.

Northrop Grumman также заключила контракт с Space Force на нераскрытую стоимость на разработку специального спутника-заправщика для полетов на геостационарной орбите, который будет вмещать до 1000 кг гидразина и доставлять топливо для других спутников.

Летающая заправочная станция, получившая название Geosynchronous Auxiliary Support Tanker, или GAS-T, будет построена на кольцеобразной платформе Northrop Grumman ESPAStar D, относительно большой платформе весом почти 2000 килограммов.

На орбитальном танкере будет достаточно гидразина для заправки нескольких клиентских спутников. Вместо того, чтобы служить просто складом топлива, GAS-T будет причаливать к клиенту, выполняя операции сближения и стыковки.

Смит сказал, что GAS-T финансируется за счет средств Space Force и внутренних инвестиций компании. До сих пор нет сроков его доставки или развертывания на орбите.

«GAS-T поможет SSC проинформировать о потенциальных будущих потребностях, рассмотреть вопросы снижения рисков, если они захотят перейти к демонстрации технологии или операционных систем», - сказал Смит. «Мы думаем о GAS-T как о pathfinder».

Спутниковая платформа ESPAStar-D имеет несколько портов, один из которых предназначен для дозаправки полезной нагрузки. Остальные будут служить для подключения внешних топливных баков. Полезная нагрузка для дозаправки будет иметь так называемый активный модуль дозаправки, или ARM.

«ARM и PRM спроектированы так, чтобы работать вместе как своего рода активная и пассивная половины для стыковки и дозаправки», - сказал Смит.

«Невероятно сложная» миссия

Смит сказал, что дозаправка геостационарных спутников на орбите представляет большие технические проблемы. Геостационарный космический аппарат должен вращаться по экватору точно с такой же скоростью, с какой вращается Земля, чтобы оставаться в фиксированном положении на земле и летать со скоростью, превышающей 3 километра в секунду. Они должны одновременно состыковаться с космическим кораблем-заправщиком, также летящим вокруг планеты.

«Вы должны все сделать правильно, ошибки очень непростительны», - сказал Смит. При геосинхронной дозаправке нет места ошибке, поскольку малейшее столкновение может привести к образованию обломков, подвергая опасности другие геостационарные спутники, «потенциально нанося ущерб ценному активу, который вы намеревались заправить».

«Это невероятно сложный район для выполнения миссии», - добавила она.

Но поскольку U.S. Space Force сигнализируют о своем спросе, промышленность должна предоставлять надежные возможности обслуживания в больших масштабах, сказал Смит. «Как отрасль, мы все должны работать сообща, чтобы обеспечить маневренность, которая, по словам правительства, им необходима».

Для дозаправки спутников требуется совместная работа нескольких поставщиков и отраслевых партнеров, добавила она, поскольку ни одна компания не может удовлетворить весь спектр требований. «Чтобы это была устойчивая экосистема дозаправки, нам необходимо сотрудничать с другими».

Искусственный мусор и микрометеороиды естественного происхождения вращаются в космическом пространстве Земли на высоких скоростях. Предоставлено: НАСА

ВАШИНГТОН — В рамках реализации программы Intelligence Advanced Research Projects были выбраны четыре поставщика для разработки технологий и новых подходов к отслеживанию мелких обломков в космосе.

A-Tech, Advanced Space, SRI International и исследовательская корпорация Университета Западной Вирджинии выиграли четырехлетние контракты нераскрытой стоимости на программу идентификации и отслеживания космического мусора (SINTRA).

Четыре поставщика были выбраны путем широкого объявления агентства на конкурсной основе.

IARPA, агентство при офисе директора национальной разведки, сообщило 1 августа в пресс-релизе, что четыре компании разработают технологии и методы для обнаружения, отслеживания и характеристики миниатюрного космического мусора.

«Полученные технологии обладают потенциалом для защиты пилотируемых космических аппаратов и других ценных космических активов от этих компактных угроз, которые трудно обнаружить и отследить и которые могут нанести значительный ущерб», - заявили в IARPA.

Агентство заявило, что целью программы SINTRA является заполнение пробелов в существующих системах мониторинга космического мусора, которые в настоящее время отслеживают только объекты размером более четырех дюймов в поперечнике.

IARPA также ищет способы улучшить существующие возможности отслеживания небольшого мусора, такие как наземный радар, спутники слежения и оптические датчики.

«Открытие новых способов обнаружения миллионов объектов искусственного происхождения, вращающихся вокруг Земли, особенно с учетом того, что их число постоянно увеличивается, никогда не было более важным для повседневной жизни», - сказал Алексис Труитт, менеджер программы SINTRA.

По данным IARPA, в настоящее время на орбите Земли находится более 100 миллионов обломков размером более 1 миллиметра (около трети дюйма). Министерство обороны отслеживает только обломки размером более 10 сантиметров, используя американскую сеть космического наблюдения.

Здание Капитолия США. Фото капитана. Джо Легрос / Армия Национальной гвардии

ВАШИНГТОН — Комитет Сената по ассигнованиям на прошлой неделе одобрил законопроект о расходах на оборону в размере 831 миллиарда долларов на 2024 финансовый год, который рекомендует сократить расходы Космических сил США примерно на 1 миллиард долларов по сравнению с запросом в 30 миллиардов долларов.

SAC сказал, что многие из рекомендованных сокращений связаны с проблемами графика и производительности — проблемами, которые также были подняты ассигнователями Палаты представителей в прошлом месяце в их версии законопроекта о расходах на оборону на 2024 год.

Администрация Байдена запросила 30,1 миллиарда долларов для Space Force США в 2024 финансовом году. По оценкам консалтинговой фирмы Velos, законопроекты комитета по ассигнованиям Сената и Палаты представителей предполагают чуть более 29 миллиардов долларов.

Сокращения в законопроекте SAC распространяются на десятки программ в рамках RDT & E (исследования, разработки, тестирование и инжиниринг) и закупок. Комитет урезал 356 миллионов долларов на программы RDT & E и 679 миллионов долларов на программы закупок.

В отчете, сопровождающем законопроект, SAC говорится, что, несмотря на эти сокращения, «Комитет продолжает оказывать решительную поддержку Космическим силам, выделяя ресурсы на их главные необеспеченные приоритеты, полностью финансируя учебные инициативы начальника космических операций и предлагая помощь в других ключевых засекреченных областях».

Комитет заявил, что рекомендуемые корректировки программы «не наносят ущерба и основаны исключительно на стоимости, графике и показателях эффективности, которые были представлены комитету».

Предлагаемый администрацией бюджет на 2024 год является крупнейшим в истории космических сил.

Стимулирование коммерческих космических услуг

Сенатские ассигнователи включили в законопроект об обороне несколько положений, направленных на поощрение более широкого использования коммерческих космических услуг.

SAC предусмотрел 121,4 миллиона долларов на коммерческие спутниковые услуги, или на 47,9 миллиона долларов больше, чем рекомендовано Космическими силами.

Комитет также добавил 40 миллионов долларов на пилотную программу по демонстрации использования коммерческих спутников для получения изображений в поддержку военных операций.

«Министерству обороны придется частично полагаться на новые космические возможности, которые могут выполнять традиционные задачи разведки, наблюдения, рекогносцировки и отслеживания целей по разделу 10 в качестве замены существующих воздушных средств», - говорится в сообщении SAC.

Финансисты заявили, что «коммерческий рынок созрел до уровня, который может предоставлять услуги напрямую как разведывательному сообществу, так и Министерству обороны … Получение данных в тактически значимые сроки имеет важное значение для успеха миссии».

SAC добавил 10 миллионов долларов на демонстрацию космического мониторинга над зоной ответственности Южного командования США.

Финансирование будет использовано для «использования коммерчески доступных датчиков космического базирования для обеспечения электрооптических, инфракрасных и радиолокационных возможностей с синтезированной апертурой».

Художественная концепция демонстрации космического корабля Rocket to Agile Cislunar Operations (DRACO), на котором будет продемонстрирован ядерный тепловой ракетный двигатель.DARPA

Через четыре года, если все пойдет хорошо, ракетный двигатель с ядерной установкой впервые отправится в космос. Сама ракета будет обычной, но полезная нагрузка, выведенная на орбиту, будет совершенно новым аппаратом.

В среду НАСА объявило, что оно сотрудничает с Министерством обороны США в целях запуска космического аппарата с ядерным двигателем в космос уже в 2027 году. Космическое агентство США инвестирует около 300 миллионов долларов в проект по разработке двигательной установки следующего поколения для транспортировки в космосе.

«НАСА хочет отправиться на Марс с помощью этой системы», - сказал Энтони Каломино, инженер НАСА, который руководит программой агентства по космическим ядерным двигательным технологиям. «И это испытание действительно заложит нам эту основу».

Назад в будущее

Традиционные химические двигатели отлично подходят для отрыва ракет от поверхности Земли, но такие машины ужасно неэффективны для передвижения по Солнечной системе. Они не потребляют топливо; они его пожирают. Чтобы долететь до Марса, потребуется огромное количество топлива и жидкого окислителя, и на это потребуется не менее шести месяцев. Чтобы люди действительно стали космическим видом, должен быть лучший способ передвижения.

Вернер фон Браун, немецкий инженер, перебежавший в Соединенные Штаты после Второй мировой войны, признал потенциал ядерных тепловых двигателей еще до того, как его ракета Saturn V высадила людей на Луну с помощью химического двигателя. В конечном итоге это привело к проекту под названием NERVA (ядерный двигатель для применения в ракетных аппаратах). В конечном итоге он был отменен, чтобы помочь профинансировать космический челнок.

Основная идея проста: ядерный реактор быстро нагревает топливо, возможно, жидкий водород, а затем этот газ расширяется и выходит через сопло, создавая реактивную тягу. Но разработка всего этого для космических двигателей является сложной задачей, а кроме того, существуют нормативные трудности строительства ядерного реактора и безопасного запуска его в космос.

И поэтому технология ядерных тепловых двигателей долгое, долгое время лежала на полке. Наконец, в 2020 году любопытные люди из Агентства перспективных оборонных исследовательских проектов США заявили, что хотят протестировать летающую ядерную тепловую двигательную установку. Это положило начало программе под названием Demonstration Rocket for Agile Cislunar Operations DRACO (Демонстрационная ракета для гибких окололунных операций). Военные также заинтересованы в эффективном перемещении полезных грузов вокруг Земли и Луны — отсюда и включение окололунной ракеты в их планы.

ЧИТАТЬ ДАЛЕЕ
Отчет: единственным реальным путем НАСА для людей на Марсе является ядерный двигатель

Позже к ним присоединилось НАСА с целью разработки аналогичной технологии для миссии на Марс. Причина очевидна: многие ученые и инженеры считают, что единственным устойчивым способом развития программы исследования Марса является использование ядерных двигателей.

Дальнейший план

В среду НАСА и DARPA объявили, что выбрали компанию Lockheed Martin в качестве основного подрядчика по сборке экспериментального транспортного средства с ядерным тепловым реактором (X-NTRV) и его двигателя. Компания BWX Technologies станет одним из партнеров Lockheed Martin и разработает ядерный реактор и изготовит топливо из низкообогащенного урана высокого качества для питания реактора.

Стоимость премии составляет 499 миллионов долларов, сказала Табита Додсон, руководитель программы в DARPA, в ходе телеконференции с журналистами.

НАСА возьмет на себя ведущую роль в разработке ядерного двигателя, а DARPA будет курировать множество других вопросов, от требований ядерного регулирования до операций миссии и всех анализов безопасности транспортного средства. Ядерный реактор будет запущен с Земли в «холодном» режиме по соображениям безопасности и не будет включен до тех пор, пока не достигнет достаточно высокой орбиты.

Эта окончательная орбита еще не определена, но, вероятно, она будет находиться на высоте от 700 до 2000 км над поверхностью Земли, так что возвращение аппарата в атмосферу планеты произойдет через сотни лет после того, как произойдут какие-либо ядерные реакции.

По словам Додсона, аппарат с ядерным двигателем будет запускаться в обтекателе полезной нагрузки ракеты Falcon 9 или Vulcan и будет выглядеть почти так же, как верхняя ступень обычной ракеты. Он будет состоять из большого водородного топливного бака, ядерного реактора, несущей конструкции космического аппарата и сопла. Как только он достигнет безопасной орбиты, реактор будет включен. Затем жидкий водород будет нагреваться от 20 Кельвинов — всего на 20° Цельсия выше абсолютного нуля — до 2700 Кельвинов менее чем за секунду.

А потом? Что ж, посмотрим. Есть некоторые неизвестные в работе реактора и его уранового топлива в условиях невесомости.

«Важно иметь в виду, что это демонстрационный двигатель», - сказал Додсон. «И точно так же, как при любом другом испытании ракетного двигателя, НАСА, возможно, потребуется провести серию последующих работ по разработке двигателя, чтобы приблизиться к своему идеальному действующему двигателю».

Не забывайте о водороде

Этот эксперимент интересен не только испытанием ядерного двигателя. В то время как множество новых технологий будет использовано для разработки ядерного реактора, способного работать в условиях микрогравитации, много усилий также будет затрачено на управление жидким водородным топливом на борту космического аппарата.

До сих пор жидкий водород успешно хранился в космосе всего несколько дней, поскольку его температура кипения превышала чрезвычайно низкое значение в 20 градусов Кельвинов. По словам Додсона, в ходе этой миссии будет предпринята попытка сохранить жидкий водород в ультрахолодном состоянии на пару месяцев, что даст достаточно времени для многократных испытаний ядерного теплового двигателя.

После того, как топливо закончится, двигатель больше не сможет работать, хотя специалисты миссии на земле по-прежнему будут поддерживать связь с космическим аппаратом. Миссия могла бы быть продлена, если бы ее можно было заправлять топливом с помощью специальных роботизированных аппаратов, и Додсон сказал, что разработчики космического аппарат пытаются учесть такую возможность.

Однако, возможно, к тому времени НАСА и DARPA узнают достаточно, чтобы приступить к разработке работающего двигателя, который будет куда-то летать.

ЭРИК БЕРГЕР - старший космический редактор Ars Technica, освещающий все - от астрономии до частного космоса и шаткой политики НАСА, и автор книги "Старт" о расцвете SpaceX. Эрик, дипломированный метеоролог, живет в Хьюстоне.