НАСА сделало решительный шаг к тому, чтобы дозаправка космических кораблей в космосе стала реальностью. Североамериканское агентство планирует протестировать криогенные технологии с помощью специального спутника под названием LOXSAT (демонстрационный полет с жидким кислородом) с целью сделать жизнеспособными так называемые орбитальные «заправочные станции». Эта инфраструктура считается фундаментальной для будущих пилотируемых полетов на Луну и Марс, а также представляет собой важнейший технологический прогресс в освоении космоса на большие расстояния.
Спутник будет запущен Rocket Lab в июле
LOXSAT будет запущен из Новой Зеландии не ранее 17 июля на борту ракеты Rocket Lab Electron. Спутник будет выведен на низкую околоземную орбиту (НОО) с использованием платформы Photon той же компании. Миссия, как ожидается, продлится девять месяцев. В течение этого периода оборудование протестирует 11 различных компонентов управления криогенными жидкостями, собрав необходимые данные для улучшения технологий и возможности их масштабирования для будущих операций.
Миссия представляет собой сотрудничество между НАСА и Eta Space, компанией, базирующейся в Рокледже, штат Флорида, которая возглавляет разработку криогенных технологий. В проекте активно участвуют ученые и инженеры из Центров Маршалла, Гленна и Кеннеди НАСА. Эта инициатива является частью программы агентства «Переломный момент», в рамках которой частные компании отбираются для создания решений, поддерживающих программу «Артемида» и ее устойчивые операции на Луне до 2030 года.
Основная техническая задача, с которой столкнется LOXSAT, — это поддержание криогенного топлива при чрезвычайно низких температурах в течение длительного времени в космическом вакууме. Такие жидкости, как жидкий водород и жидкий кислород, необходимо хранить в очень специфических условиях, чтобы они не испарялись и не замерзали нежелательно. В настоящее время эта трудность является одним из самых больших препятствий для развертывания систем дозаправки на орбите, ограничивая возможности пилотируемой космонавтики.
https://twitter.com/SPACEdotcom/status/2056771275813712181?ref_src=twsrc%5Etfw
Поддержание топлива в космическом вакууме
Криогенные жидкости обладают уникальными свойствами, которые делают их идеальными для космического движения, но ими крайне сложно управлять на орбите. Жидкий кислород и жидкий водород обеспечивают более высокую плотность энергии, чем традиционные виды топлива, что позволяет использовать более крупные полезные нагрузки и дальность полета. Однако эти топлива требуют сложной теплоизоляции, чтобы избежать выкипания — процесса, при котором жидкость испаряется естественным путем даже в специальных контейнерах.
Испытания LOXSAT предоставят важные данные о том, как многофазные теплоизоляторы работают в условиях микрогравитации, как специализированные резервуары поддерживают внутреннее давление без обычных клапанов и как системы перекачки жидкости работают в условиях вакуума. Эти знания необходимы для проектирования постоянных заправочных станций, которые могут быть развернуты на лунной или околоземной орбите в качестве вспомогательной инфраструктуры.
Компоненты, подлежащие испытаниям, включают усовершенствованные системы изоляции, клапаны с дистанционным управлением, специализированные датчики давления и температуры, а также конструкции резервуаров, оптимизированные для космических условий. Каждый из этих элементов будет постоянно контролироваться на протяжении девятимесячной миссии, создавая беспрецедентную базу данных о криогенном поведении в космосе.
Экономия и эффективность для будущих миссий
Если испытания пройдут успешно, последствия для освоения космоса будут революционными. Космический корабль сможет запускаться с Земли с меньшим количеством топлива, что значительно снизит затраты на запуск и повысит эффективность миссии. Вместо того, чтобы нести все необходимое топливо при старте, корабли могли бы дозаправляться на стратегически расположенных орбитальных станциях во время своего путешествия.
Этот подход считается особенно важным для дальних миссий, таких как полеты на Марс, где необходимое количество топлива представляет собой серьезное логистическое ограничение. Пилотируемому космическому кораблю на Марс потребуется количество топлива, сравнимое с его собственным весом, чтобы совершить полный путь только от Земли. При наличии заправочных станций на орбите этот первоначальный вес будет радикально уменьшен, что позволит повторно использовать ракеты-носители и сделает межпланетные путешествия экономически выгодными.
Возможность дозаправки в космосе также рассматривается как важный шаг к обеспечению постоянного присутствия человека на других небесных телах. Без орбитальных заправочных станций создание постоянных лунных баз или городов на Марсе оставалось бы технически возможным, но экономически непрактичным. Благодаря инфраструктуре дозаправки стоимость тонны полетов в космос резко снизится, что откроет возможности для космического туризма, добычи полезных ископаемых на астероидах и коммерциализации орбитальных ресурсов.
Техническая и коммерческая жизнеспособность орбитальной инфраструктуры
Результаты экспериментов LOXSAT будут иметь решающее значение для определения технической и экономической целесообразности создания постоянной орбитальной инфраструктуры дозаправки. Инженеры NASA и Eta Space надеются, что полученные данные позволят им сертифицировать технологии для использования в рутинных операциях. В настоящее время в космосе на постоянной основе не работают криогенные заправочные станции.
Спутник будет сосредоточен на сохранении и обращении с криогенным топливом в реальных космических условиях, а не в лабораторных условиях. Микрогравитация, солнечная радиация и изменения температуры, вызванные орбитальным вращением, создают проблемы, которые невозможно полностью воспроизвести на Земле. Эти факторы влияют на поведение жидкостей внутри резервуаров, на то, как со временем ухудшается теплоизоляция и на то, как функционируют механические системы после нескольких месяцев воздействия суровых условий космоса.
Государственно-частное партнерство между НАСА и Eta Space является примером того, как агентство стремится ускорить технологические инновации. В то время как НАСА предоставляет экспертные знания, инфраструктуру запуска и техническую проверку, частные компании берут на себя коммерческие риски и предлагают инновационные решения. Эта модель позволила добиться прогресса в областях, которые находились в застое на протяжении десятилетий, таких как многоразовые транспортные средства и гиперзвуковые двигатели.
Интеграция в программу Артемида и орбитальную экономику
Программа «Артемида» представляет собой самую амбициозную попытку исследования Луны со времен миссий «Аполлон» 1970-х годов. НАСА планирует создать устойчивые лунные базы, способные поддерживать научные исследования, добычу ресурсов и коммерческие операции. Орбитальные заправочные станции станут фундаментальной частью этой стратегии, позволяя кораблям совершать многократные рейсы с меньшим потреблением энергии.
Помимо программы Artemis, эта технология может принести пользу развивающимся бизнес-операциям. Частные компании разрабатывают спутники связи, орбитальные производственные платформы и транспортные средства для космического туризма. Все эти приложения выиграют от надежной и экономически эффективной инфраструктуры заправки. Успех LOXSAT может заложить основу для сети космических заправочных станций, обслуживающих как правительственные, так и коммерческие миссии.
Устойчивая орбитальная экономика зависит от снижения затрат за счет эффективного повторного использования и дозаправки. Ракета Rocket Lab Electron, которая запустит LOXSAT, рассчитана на многоразовое использование, что снижает затраты на запуск. В сочетании с орбитальными заправочными станциями эта модель создаст по-настоящему устойчивую и экономически жизнеспособную космическую транспортную систему на следующее десятилетие.
Следующие несколько месяцев будут решающими. LOXSAT выйдет на орбиту в середине июля и сразу же начнет испытания. Каждые собранные данные будут способствовать проверке или корректировке проектов более крупных и постоянных заправочных станций. Успех этой миссии может ознаменовать момент, когда пилотируемое освоение космоса перестанет быть чисто государственным предприятием и станет инфраструктурой, совместно используемой космическими агентствами и частными компаниями, открывая путь к настоящей орбитальной экономике, основанной на логистических услугах в космосе.