Nākotnes degvielas uzpildīšana: jauna tehnoloģija, lai saglabātu satelītu gāzes
Mākslinieka tēls ar robotu degvielas uzpildes staciju (pa kreisi), kas tuvojas orbitālajam satelītam. (Attēla kredīts: NASA)
Robotu uzpilde un satelītu uzturēšana Zemes orbītā ļaus valsts aģentūrām un privātiem uzņēmumiem ievērojami pagarināt šo vērtīgo sakaru un zinātnisko aktīvu kalpošanas laiku, saka advokāti.
Kad mūsdienās satelīts palaižas ģeosinkronā Zemes orbītā, propelents veido apmēram pusi no tā masas. Satelīta nolaišana tikai ar daļu degvielas, kas tai būtu nepieciešama, lai pabeigtu savu uzdevumu, un iespēja nākotnē injicēt vairāk propelenta, ievērojami samazinātu izmaksas un ļautu uz kuģa iepakot vairāk instrumentu.
“Propelents nepelna naudu, nedara zinātni un nevienam neko labu nedod. Tas ir tikai tur, lai iespējotu instrumentus, ”guesswhozoo.com sacīja NASA Satelītu apkalpošanas spēju biroja (SSCO) projektu vadītāja vietnieks Bendžamins Rīds. [ NASA pārbauda robotu degvielas uzpildes tehnoloģiju (video) ]
Apkalpošana orbītā ”paver daudzas iespējas efektīvāk izmantot aparatūru orbītā,” piebilda Rīds.
SSCO jau ir vairāki iecirtumi, pārbaudot uzdevuma mehāniskās spējas, un 2014. gada beigās plānots veikt vairāk izmēģinājumu uz zemes un Starptautiskajā kosmosa stacijā (SKS).
Uz kosmosa stacijas
2013. gada janvārī robotizētā degvielas uzpildes misija (RRM) veica pirmo pārbaudi uz ISS klāja, parādot, ka attālināti vadāmi roboti var strādāt caur vārstiem un vadiem, lai veiksmīgi pārnestu degvielu kosmosā. Tā vietā, lai izmantotu oksidētāju vai propelentu, piemēram, hidrazīnu, izmēģinājuma brauciens sūknēja etanolu no izspēles aparāta uz izspēles satelītu.
'Etanola viskozitāte, blīvums un siltuma jauda ir ļoti līdzīga hidrazīnam, taču tam nav sprādzienbīstamības,' sacīja Rīds.
Tas padarīja to par labu stāvēšanai kosmosa stacijā, kur drošība ir prioritāte.
2014. gada vasaras beigās vai agrā rudenī SSCO plāno veikt turpmākus testus uz orbītas laboratorijas, koncentrējoties uz savienojumu izveidošanu un pārtraukšanu, kas nepieciešami kriogēnai, nevis uzglabājamai degvielai.
Lielākā daļa no vairāk nekā 400 operatīvajiem satelītiem, kas pašlaik riņķo ap planētu, atrodas zemas Zemes orbītā. Zemes atmosfēra pastāvīgi velkas pie viņiem, pieprasot nelielu atkārtotu palaišanu, ko darbina ar uzglabājamu degvielu.
Satelīti, kas atrodas ģeoinhronā orbītā, ceļo tālāk, un tos nepārtraukti velk ne tikai Zemes, bet arī Saules un Mēness . Šie satelīti, kas nepārtraukti dreifē, paļaujas uz kriogēno degvielu, lai saglabātu savu kursu.
Kā norāda nosaukums, uzglabājamo degvielu var uzglabāt un nodot istabas temperatūrā. Kriogēnam propelentam nepieciešama aukstāka temperatūra; zemas Zemes orbītā degviela vārīsies, radot burbuļus tvertnēs. Inženieri ir izstrādājuši jaunu tehnoloģiju kopumu, lai jaunajā tvertnē bez burbuļiem pārnestu kriogēno šķidrumu, no kuriem daži tiks demonstrēti RRM otrajā posmā.
Mākslinieka iespaids par raķeti, kas paredzēta ceļojumam ārpus Zemes Zemes orbītas, tiek uzpildīta šajā Boeing projektētajā atstarpē.(Attēla kredīts: Boeing)
Uz ISS klāja RRM pārbauda robotikas mehāniku un spējas darboties kosmosā, bet paļaujas uz degvielu, kas stāv. Uz vietas inženieriem ir lielāka elastība, īstenojot drošības pasākumus.
2014. gada februārī SSCO paziņoja par veiksmīgo pārbaudi Attālais robotu oksidētāja pārneses tests (RROxiTT), kas ietvēra toksiskas oksidētāja degvielas tālvadību ar augstu spiedienu, kas būtu novērojams kosmosā, eksperiments, kas būtu pārāk bīstams, lai to varētu veikt ISS.
'Viena lieta, kad mēs uzpildām automašīnas vietējā degvielas uzpildes stacijā,' sacīja Rīds.
Šajā ikdienas situācijā gāze atrodas automašīnas degvielas tvertnes apakšā, kur, atverot degvielas vāciņu, spiediens nemainās. Ne tā kosmosā, kur propelents sēž pie spiediena aptuveni no 250 līdz 300 mārciņām uz kvadrātcollu (psi), kas ir sešas reizes lielāks nekā RRS ISS. [6 ikdienas lietas, kas kosmosā notiek dīvaini]
'Satelītā jūs atverat vārstu, un degviela izplūst 300 psi spiedienā,' sacīja Rīds. 'Tas papildina papildu sarežģītību.'
Alekss Janass, RROxiTT vadošais robotiķis, ar oksidētāja sprauslas rīku testam uz zemes.(Attēla kredīts: NASA/Chris Gunn)
Nākamais RROxiTT solis ietvers mulča satelīta daudzstāvu vienību, kas apturēta Goddardas tīrā telpā. Robots mēģinās uzpildīt satelītu zem spiediena. Šāds makets kalpos ne tikai, lai pārbaudītu robotizētās degvielas uzpildes iespējamību šodien, bet arī palīdzēs inženieriem, kad runa ir par apmācību un attīstību nākotnē, tiklīdz šādas misijas tiks uzsāktas.
Stand-ins ir ļoti palīdzējuši agrāk. Rīds norādīja uz NASA Habla kosmiskais teleskops , kam SSCO izveidoja apkalpošanas instrumentus un instrumentus.
Astronauti apmācībai pirms instrumenta apmeklējuma izmantoja uz zemes esošo modeli (ko viņi darīja piecās atsevišķās kosmosa kuģu misijās), bet inženieri arī paļāvās uz aparatūru novērtēšanai un mērījumiem, kā arī reāllaika problēmu novēršanai apkalpošanas misiju laikā . [Habla kosmosa teleskopa jaunākie kosmiskie skati]
Vēl viens piemērs notika ar RRM. Komanda izmantoja 'Rosie'-augstas precizitātes kosmētikas stacijas aparatūras maketu. Kamēr statīvs tika izmantots gadījuma rakstura problēmu novēršanai, inženieri galvenokārt paļāvās uz to, lai ielūkotos gaidāmajās darbībās-lai noteiktu, vai, piemēram, būtu piemēroti instrumenti vai kamera būtu labi redzama no konkrēts leņķis.
Simulētā iestatīšana ir izstrādes procesā, un tā tiks veidota pavasarī un vasarā, un pirmais tests tiks plānots 2015. gada janvārī, sacīja NASA amatpersonas.
Kosmosā staigājošie astronauti 2011. gada jūlijā pārsūta RRM uz pagaidu platformu ISS.(Attēla kredīts: NASA)
Nākotnes satelīti
Mūsdienu viena šāviena satelīti nav konstruēti apkopei, taču SSCO izstrādā tehnoloģiju to uzpildīšanai neatkarīgi no tā. Šādi pasākumi ļaus pagarināt to satelītu kalpošanas laiku, kuri degvielas trūkuma dēļ būtu jāpārtrauc, ja tie citādi darbotos, un ļautu uzņēmumiem un valdībām ietaupīt naudu, lai izstrādātu un uzsāktu nomaiņu.
Kad robotizētā degvielas uzpilde kļūst izplatīta, satelītus var veidot, ņemot vērā apkopes metodes. Rīds kā piemēru norādīja uz Habla teleskopu. Tā kā tā bija paredzēta apkalpošanai, apkope, ieskaitot uzdevumus, kas sākotnēji nebija paredzēti, bija 'nevis viegla, bet vieglāka'.
Propelenta padeve nav vienīgā lieta, ko kādu dienu var paveikt robotu apkalpošana. Satelītus var uzlabot arī ar mehāniskām metodēm.
'Habls tagad ir par divām vai trim kārtām jaudīgāks nekā tas bija, kad tas tika palaists tehnoloģiju uzlabojumu dēļ,' sacīja Rīds.
Robotiskās apkalpošanas zinātniskie ieguvumi ir potenciāli milzīgi. Satelītu ar 15 gadu plānoto misiju varētu palaist orbītā, izmantojot tikai septiņu gadu degvielu, ļaujot vairāk vietas zinātniskiem instrumentiem. Ja kaut kas noiet greizi, tehnoloģija noveco vai ja teleskopu citādi nav paredzēts turpināt pēc septiņiem gadiem, satelīts var izslēgt strāvu, kad tam beidzas propelents. Bet, ja misija tiek turpināta, robotika var iepumpēt vairāk degvielas tvertnē.
Vēl viena iespēja ir robotikas spēja manipulēt ar orbītā esošiem satelītiem. Mūsdienās teleskopu izmēri ir ierobežoti ar raķešu spēju tos nogādāt kosmosā. Ja komponentus tā vietā varētu palaist un salikt atsevišķi roboti kosmosā tas paver durvis lielākiem zinātniskiem instrumentiem un citām konstrukcijām.
Robota degvielas uzpilde ļauj pagarināt visu veidu satelītu kalpošanas laiku un pat palielināt to jaudu, efektīvi samazinot to kopējās cenu zīmes, sacīja Rīds.
'Šādas misijas veikšanas priekšrocība šajos skarbos laikos potenciāli ļautu pagarināt neticami vērtīgo valsts aktīvu kalpošanas laiku,' viņš teica.
Seko mums @Spacedotcom , Facebook vai Google+ . Sākotnēji publicēts guesswhozoo.com.
