Cifka Miklós
Robotok fogják szervízelni a műholdakat
Eddig még csak az űrsiklóval került sor műhold karbantartásra, és ott is egyedi volt, ám lehet, hogy a jövőben rutinművelet lesz robotok számára?
Már az 1960-as években felmerült annak a lehetősége, hogy a Föld körül keringő műholdakat időszakosan karbantartsák, melyet az űrsiklóval hajtottak volna végre. Korábban a műholdszervizzel ugyanis az volt a baj, hogy a műholdat feljuttató rakéta költségei hozzámérhetőek (esetenként meg is haladják) a műhold árát, ergo a javításhoz felszálló űrhajó és személyzete költségek terén drágább, mint a megmentett, kijavított műhold ára, tehát olcsóbb egy új műholdat indítani, mint a fent lévőt megjavítani. Az űrsikló azt ígérte, hogy feljutni immár olcsó lesz, vagyis a költségek terén megfordul az arány, a javítás várható költségei alacsonyabbak, mint egy új műholdé.
Korai ábra az űrsiklóval való műhold-szervízről
Csakhogy mint korábbi cikksorozatunkból kiderült, az űrsikló a vártnál drágábban üzemelt. Sokkal drágábban. Így mindössze pár alkalommal láttak el ilyen feladatot. A legismertebbek a Hubble űrteleszkópon végzett munkálatok, amelyet öt alkalommal is meglátogattak, kijavították és felújították. Viszont ennek horribilis költségei voltak: az utolsó, 2008-as küldetés nem kevesebb, mint 900 millió dollárba fájt a NASA-nak, márpedig ennyiből egy hasonló képességű földi teleszkópot minden további nélkül ki lehet hozni - nem is kevés kritikát kapott a NASA emiatt.
Az STS-49 legénysége befogja az IntelSat-603-at - klikk a nagyobb képért
A Hubble-n kívül a Solar Maximum Mission, a Palapa B2, a Westar-6 és IntelSat 603 esetében volt még példa karbantartásra. Az első három esetén a befogott műholdakat visszahozták a Földre, majd egy átellenőrzés után újra fellőtték őket. Az IntelSat 603-nál az STS-49 keretében a műholdat befogták (ami csak a harmadik próbálkozásra sikerült, és gyakorlatilag kézzel húzták a raktérbe a műholdat), új gyorsító fokozatot szereltek rá, majd végül sikeresen elérte a kitűzött pályáját. Arról nincs információ, hogy az STS-49 mentőküldetése mennyibe került az IntelSat-nak, ám azt boldogan elhíresztelték, hogy a műhold (ami még ma is működik) mintegy 800 millió dollárt hozott eddig a cég számára. Ebből azért sejthető, hogy a mentőküldetés ára is visszajött.
Az ISS személyzete már rutinszerűen hajt végre karbantartó munkálatokat - klikk a nagyobb képért
Hozzá kell tenni, hogy az űrbéli karbantartás tapasztalatai ezek előtt, és azóta is gyűlnek. Az első amerikai űrállomást, a SkyLab-ot például több űrséta után sikerült csak megmenteni, mivel a felbocsátásakor a hő- és meteorvédő pajzsa leszakadt, az egyik napelemszárnyal együtt. A mentőmisszióba olyan lépések tartoztak, mint egy improvizált hővédő pajzs kihúzása, illetve a beszorult másik hővédő pajzs kinyitása. Hasonló karbantartó űrsétákra került azóta sor a szovjet/orosz Mir és a nemzetközi ISS Alfa űrállomás esetében is, vagyis az űrbéli szerelési eljárások terén egyre bővülő tapasztalatokkal rendelkezünk. Azonban az űrsikló azóta már nyugdíjba vonult, a műholdak javításának lehetősége így elveszett, maga az eljárás viszont továbbra is sokak fantáziáját piszkálja.
Miért van szükség a műholdszervizre?
A kérdést nehéz elbagatellizálni. A mai modern műholdak feladattól függően lehetnek bonyolult és drága eszközök, vagy egyszerűbb, olcsóbb (ami még mindig több tízmillió dollárt jelent) megoldások. Akárhogy is, a költségek mintegy 10%-a megy el az indítás előtt végrehajtandó különféle tesztelésekre, amelyek a műhold világűrben való működését a földön imitálják. Ha egy napelemtábla nem nyílik ki vagy egy antenna beragad, esetleg egy csatlakozás nem viseli elég jól a világűr viszontagságait, akkor a dollár százmilliós befektetés űrszemétként végezheti.
Az IntelSat-19 fantáziarajza, mindkét napelemtáblája nyitva
Élő példa a most megesett Intelsat-19 esete, amelyet június elsején a Zenyit-3SL hordozórakétával indítottak. A műhold a start után 72 másodperccel egy anomáliát, nyomásváltozást érzékelt, majd mikor parancsot kapott a földi irányítóközpontból a napelemtáblái konyítására, két napelemtábla egyike nem reagált. A műhold végül pályára állt, és csak ez után, június 12-én egy megismételt parancsra nyílt ki a beragadt napelemszárny, ám a tervezetthez képest feleakkora teljesítményt ad csak le. Innen a Földről nem lehet megmondani, hogy pontosan mi állhat a hiba mögött. Az Intelsat-19 így az eredetileg kalkulálthoz képest csak 75%-os energiamennyiségből gazdálkodhat; hogy ez mennyiben befolyásolja a működését, azt még pontosan nem tudni.
A TelStar-14R tesztelése a gyártó cégnél felbocsátás előtt - klikk a nagyobb változathoz
Az ilyen eseteknél kerül elő a biztosítás kérdése. A TelStar-14R műhold tavaly májusban indult és hasonló problémával szembesült, az egyik napelemszárnya szintén nem nyílt ki. A csökkentett elektromos teljesítmény miatt a műhold által biztosított sávszélesség az eredetinek csak 60%-a lett, illetve a kiegyensúlyozatlan műhold miatt több üzemanyagot kell elhasználniuk a helyzetkorrekciós manővereknél, tehát az eredetileg 15 évesre tervezett élettartam várhatóan mintegy 12 évre rövidül. Így a tulajdonosa, a kanadai TeleStar benyújtotta a kártérítési igényét, ami végül 132,7 millió dollárt jelentett.
Az ilyen eseteknél sokat segítene egy olyan lehetőség, ahol egy robot megvizsgálhatná, és ha képes, elháríthatná a problémát - még akár a biztosító társaságnak is megérné adott esetben legalább részben megfinanszírozni ezt, ha cserébe a műhold teljesen működőképes lehet.
Orbital Express, a bizonyíték
Ha egy elképzelés jónak is tűnik, illendő kipróbálni mielőtt élesben bevetik, hogy valóban életképes-e (az angol elnevezése sokkal frappánsabb: proof-of-concept, szabados fordításban a koncepció bizonyítása). A DARPA - az amerikai védelmi minisztérium speciális fejlesztéseit felügyelő iroda - jó mély zsebbel rendelkezik, a műhold szervizelés a védelmi minisztérium számára pedig igen hasznos lehet. A drága és nagy kémműholdak élettartama leginkább attól függ, mennyi üzemanyagot égetnek el, hiszen a jobb minőségű képekhez alacsonyabb pályára kell "leszúrniuk", ahol kisebb a légkör torzítása, de utána egy nagy adag hajtóanyagot felhasználva vissza kell emelkedniük, különben a nagyobb légellenállás miatt túlságosan sok sebességet vesztenének. A másik felhasználási terület még kézenfekvőbb: az ellenséges műholdak megvizsgálása és szükség esetén deaktiválása.
Az ASTRO és a NextSat fantáziarajza
A DARPA a Marshall űrközponttal szövetkezve a 300 millió dolláros Orbital Express program keretében két műholdat építtettet a Boeing céggel. Az egyik a NextSAT, egy 224 kg-os egyszerű műhold, ami az "áldozat", a szervízműhold pedig a 700 kg-os ASTRO nevet kapta. Utóbbi egy robotkarral volt felszerelve a műveletek végrehajtásához. A két műholdat 2007-ben egy Atlas V. hordozórakétával állították pályára, majd az ASTRO megközelítette a NextSAT-ot, ám az első alkalom (majd a következők is) hibát jeleztek a fedélzeti számítógépben. Végül ezeken a problémákon sikeresen felülkerekedtek, az ASTRO a NextSAT elé manőverezett, és robotkarjával megragadta. A következő napokban az ASTRO feltöltötte hidrazinnal a NextSAT üzemanyag tartályait, illetve kicserélt egy akkumulátor-blokkot. A műveletek sikeresen lezajlottak, vagyis bizonyítva lett, hogy lehetséges az űrbéli műhold-karbantartás.
NASA és CSA SSCO / RRM
Ez a név már elsőre sem túl bizalomgerjesztő, szóval fejtsük ki. A NASA nem szorul magyarázatra (azért a teljesség kedvéért: az amerikai űrügynökség), a CSA pedig a kanadai űrügynökséget takarja. Az SSCO a Műhold Szerviz Képesség Iroda (Satellite Servicing Capabilities Office), míg az RRM a Robotos Újratöltő Küldetés (Robotic Refuelling Mission) angol rövidítése. A NASA és a CSA bemutatásától eltekintenénk, úgyhogy érjük be a maradék két betűszóval. Az SSCO a Goddard űrközpontban működik, célja a műholdak űrbéli karbantartása és üzemanyaggal feltöltése lehetőségeinek vizsgálata, illetve az ehhez szükséges technológiák kifejlesztése. Vegyük észre a NASA párhuzamosított működésének diszkrét báját: a fent említett Orbital Express-en a Marshall űrközpont dolgozott, míg az SSCO a konkurens Goddard űrközpont kezdeményezése.
Az RRM az űrállomáson; a felénk néző oldalon látható a négy karbővítmény, a jobb és az alsó oldalán a szimulált elemek
Az SSCO tovább akart menni az Orbital Expressnél. Nem annyira a lehetőség életképességére kíváncsiak, hiszen ez már nem volt vitás, inkább a gyakorlati alkalmazás terén szeretnének eredményeket felmutatni. Ehhez az ISS űrállomás lesz a laboratórium, az eszköz pedig az RRM, ami egy 83 x 109 x 114 cm-es szimulátor, amin olyan felületek, csatlakozók és eszközök lettek elhelyezve, amelyekkel egy műholdszerviz alkalmával találkozhatnak később. A műveletekhez az űrállomás CanadArm 2 robotkarjának Dextre nevű szerelő-bővítményét használják. A Dextre több manipulátorral bír, amelyekkel mindenféle feladatokat lehet végrehajtani. Az RRM előre kialakított szerszámfejeket is vitt magával, ezeket használja a Dextre a kísérletek alatt.
A Dextre felvétele az RRM-ről a változó fényviszonyok közötti tesztnél
Az RRM-et az utolsó, STS-135-ös küldetés során vitte fel magával az Atlantis az űrállomáshoz. Még 2011. szeptemberében a Dextre kinyitotta az RRM-et, illetve változó fényviszonyok között készített felvételeket a szerelékekről. Ezek alapján az SSCO olyan programokat készíthet, amelyek a folyamatosan változó űrbéli fény-árnyék viszonyok mellett is képesek a részegységek azonosítására, azok irányát, helyzetét megállapítani. A cél az, hogy a későbbiekben a robotok már nagy fokú önállóság mellett tudják végrehajtani a munkát, ehhez pedig ezek a felvételek nagy segítséget jelentenek.
A második szakaszban, 2012. márciusában és júniusában két részletben az RRM üzemanyag-csatlakozóit szerelte a Dextre. Az általánosan használt üzemanyag-feltöltő csatlakozók normális körülmények között az indítás előtt használják, a hordozórakéta orrában töltik fel azokat üzemanyaggal, majd lezárják őket, és biztonsági sapkát helyeznek fel. Ha a világűrben ezeken keresztül szeretnék újra feltölteni üzemanyaggal a műholdat akkor először ezeket először el kell távolítani. Ez annyira nem egyszerű művelet mint ahogy hangzik, mivel a bevett eljárás szerint még rögzítődrótokat is áthúznak rajtuk, tehát ezeket kell először levágni, majd lehet a sapkát lecsavarni.
A harmadik lépés maga az üzemanyag-áttöltés, amihez 1,7 liter etanolt tartalmaz az RRM. A negyedik lépés a műholdak hővédő borításának felvágása és felhajtása, hogy az alatta található elektromos és mechanikus alkatrészekhez hozzáférjenek, és csak ez után jöhet a rögzítőcsavarok oldása, illetve egy elektromos csatlakozó felnyitása. Ezen lépésekre 2012 végén, majd 2013 elején kerülhet sor.
Fantáziarajz a robotos szervízküldetésről, jobb oldalon a szervízrobot-műhold
Az RRM azonban továbbra is csak egy kísérlet, igaz roppant összetett és bonyolult eljárásokat tartalmaz, amiket később felhasználhatnak egy szervízrobot tervezésekor. Ez lesz az RSM, vagyis a Robotos Szerviz Küldetés (Robotic Service Mission), aminek a célpontja is megvan már: a GOES 12, egy 2001-ben indított meteorológiai műhold, amely üzemanyag-szivárgással küzd a pályára állítása óta. Hogy a javításra mikor kerülhet sor, az persze még kérdőjeles.
A folytatáshoz kerlek lapozz! Az MDA SIS
Az MDA (MacDonald, Dettwiler and Associates) kanadai cég az Orbital Express egyik alvállalkozója volt. A közepes méretű cég műholdakat gyárt, de ők készítették az űrsiklók és az ISS Alfa CanadArm robotkarjait is. 2010-ben elindították az SIS, vagyis a Space Infrastructure Service (~Űrbéli Létesítmény Szerviz) programjukat, amely alapjaiban az Orbital Express továbbfejlesztése. Ennek keretében egy viszonylag nagyobb méretű műhold rövid időre dokkol a célműholdon, óvatosan megbontja a hővédő borítását hogy hozzáférjen az üzemanyag-vezetékekhez, majd azokhoz csatlakozva feltölti a műhold tartályait. Az MDA üzleti modellje szerint egy szervízműhold akár több GEO műholdat is fel tud tölteni üzemanyaggal, kitolva azok életciklusát, a műhold tulajdonosa pedig az áttöltött üzemanyag tömege alapján fizet majd.
Az MDA SIS elképzelése, bal oldalon a szervízműhold
2011. márciusában az IntelSat, az egyik legnagyobb műholdszolgáltató aláírt egy szerződést az MDA-val arról, hogy finanszírozzák az első SIS küldetést, a cél pedig a GEO pályán keringő IntelSat műholdak üzemanyag-újratöltése. A szerződés értéke mintegy 280 millió dollár, és a végösszes attól is függően alakult volna, hogy hány műholdat sikerül megmenteni így. Azonban 2012. januárjában az IntelSat kihátrált, miközben az MDA már azon dolgozott, hogy az amerikai védelmi minisztérium számára is eladja a SIS rendszert. Jelenleg így a rendszer fejlesztése visszafogott tempóban zajlik, és az MDA pénzügyi támogatót, illetve kuncsaftot keres.
ViviSat
A főleg a rakétahajtóműveiről ismert ATK és a műholdak üzemeltetésével foglakozó US Space LLC közös leányvállalata a ViviSat, amely a megvalósíthatóságot tartja leginkább szem előtt. Elképzelésük szerint a Küldetés Meghosszabbító Jármű (Mission Extension Vehicle - MEV) egy alapvetően csak a pályán tartáshoz és a helyzet tartásához szükséges hajtóművekkel, üzemanyaggal és fedélzeti elektronikával rendelkezik, no és persze egy irányítórendszerrel. A működése alapvetően egyszerű: a műhold megközelíti a "megmentendő" műholdat, hozzácsatlakozik, és átveszi a navigációs és pályán tartó funkciókat, így a műhold saját hajtóműveire nincs többé szükség. Ezen túl semmi interakció nem történik, vagyis a műhold és a MEV továbbra is elszeparált energia és kommunikációs rendszerrel rendelkezik. A saját bevallásuk szerint minden szükséges technológia rendelkezésükre áll, így kevés kockázattal számolnak.
A MEV megközelít egy távközlési műholdat, hogy befogja
A MEV alkalmas lehet meghibásodott indítójármű miatt nem megfelelő pályán keringő műholdak megmentésére, illetve az üzemanyag elfogyása miatt életciklusuk végéhez ért, de egyébként működőképes műholdak továbbüzemeltetésére. Nem mellesleg pedig mikor valóban le kell selejtezni a műholdat és el kell távolítani a hasznos pályáról, ha alacsony Föld körüli pályán keringtek, akkor a Föld légkörébe bevezetve semmisítheti meg őket, ha pedig magas - jellemzően geostacionárius - pályán keringtek, akkor előre meghatározott "temető-pályára" állítaná őket, ahol a működő műholdakat nem zavarják tovább. Ezen "temető-pályák" hátránya, hogy bár elviekben évszázadokig is stabil pályán keringhetnek tovább a roncs műholdak, előbb-utóbb valamit kezdeni kell velük, vagyis effektíve csak elodázza a problémát, ami a későbbi generációk számára jelenthet majd kihívást.
A ViviSat bemutatóvideója a MEV missziójáról
A másik oldalról nézve viszont mintegy 350 műhold kering GEO (geostacionárius) pályán és közülük évente 25 műhold kerül "selejtezésre" pusztán azért, mert kifogynak az üzemanyagból. A ViviSat reményei szerint ebből a 25-ből ha csak tízet sikerül megmenteni és tovább üzemeltetni a MEV-ek segítségével, az már számottevő mértékkel csökkentheti a keletkező űrszemetet. No és persze nem utolsó sorban tetemes bevételt jelenthet a ViviSat számára. Ám megrendelőről itt sincs jelenleg még tudomás...
Project Phoenix
A DARPA az Orbital Express után egy még drasztikusabb elképzeléssel állt elő. A már korábban említett "temetőpályájára" állított, működésképtelen műholdakat egy robot-műhold felkeresi, a felhasználható elemeit, mint a napelemtáblák vagy antennák leszereli, és egy új, vagy javítandó műholdra szerelik fel. Csendben meg lehet jegyezni, hogy ez egyfelől ugyan jól hangzik, hiszen a leselejtezett műholdakból nyert pótalkatrészeket nem kell felvinni, vagyis olcsóbb a nagygenerál, másfelől viszont kérdéses, hogy egész pontosan milyen műholdakat is szeretne a Darpa alkatrészbázisként használni. Ugyanis ez nagyszerű alkalom a többi űrhatalom katonai célű műholdjainak megvizsgálására, másfelől pedig akárhogy szépítjük, innen már csak egy lépés, hogy a javító műholdat arra utasítsák, hogy megközelítsen egy ellenséges, de működő műholdat, és nemes egyszerűséggel szétszerelje azt.
Természetesen a DARPA is tisztában van azzal, hogy sokan fenyegetésnek tartják az elképzelést. Hogy ezt valamennyire ellenpontozzák, igyekeznek olyan nyitottan dolgozni, amennyire ésszerű keretek között lehetséges, és betekintést adni a külső megfigyelőknek a színfalak mögé.
A Phoenix program tesztje várhatóan 2016 körül zajlana le
Valóban rentábilis lehet az űrszerviz?
A kérdés bizony jogos, hiszen maga az ötlet már évtizedek óta kering, és számtalan tervet tettek már le a mérnökök az asztalra a megvalósításhoz. Eleddig azonban csak az űrsikló útjain hajtottak végre eféle műveletet, ami több szempontból sem igazán mérvadó: először is az űrsikló útja igen drága, másfelől emberek hajtották végre a karbantartást, márpedig az emberi élet fenntartása drága dolog a világűrben - nem véletlen, hogy mindenki robotokban gondolkodik a javítás terén. Mindenki, kivéve néhány NASA mérnököt, akik új célt látnak az űrbéli karbantartások terén, és igyekeznek az emberes űrhajózás céljai között tartani az efféle utakat.
Egy 2010-es elképzelés egy további Hubble javító-küldetésről: először egy kiszolgáló modult indítanak, ami dokkol az űrtávcsőhöz, majd jön az űrhajó, amelynek személyzete elvégzi a karbantartást - klikk a nagyobb képért
A legfontosabb probléma viszont az, hogy a legértékesebb, legfontosabb kereskedelmi műholdak a GEO pályán találhatóak, mintegy 36 000 km-re a Föld felett. Márpedig az Apollo-17 óta ilyen messze egyszerűen egyetlen embert szállító űrhajó sem járt a Földtől. A piaci szereplők kivárnak a jelek szerint, számukra a több alternatíva csak pozitívum, ám az űrbéli javítás korántsem olyan olcsó még az optimista becslések szerint sem, hogy egyértelműen mögé álljanak. Egy kilogram hidrazin áttöltése ugyanis fél-másfél millió dollár között mozoghat, tehát már 200 kg esetén is - ami a műhold méretétől függően 3-10 évvel tolhatja ki az élettartamot - 100-300 millió dollárról beszélünk. Egy új műhold indítása pedig nem nagyon lóg ki ebből az árkalkulációból.
Márpedig egy újabb műhold modernebb, jobb képességű is lehet, mint kiöregedő elődje, így pedig üzletileg is jobb befektetés lehet. Így talán már érthető, miért helyezkednek a műhold-üzemeltetéssel foglalkozó cégek várakozó álláspontra. Per pillanat mindenki arra vár, hogy valaki bebizonyítsa, hogy tényleg gazdaságosan megvalósítható a műholdak robotokkal való karbantartása és üzemanyag-feltöltése. Az említetteken kívül azonban több egyéb program is zajlik ebben a tárgykörben, mint a német űrügynökség (DLR) által finanszírozott EPOS, amely két robottal a földön folytat űrbéli randevú, dokkolás és szerviz kísérleteket.
Az EPOS szimulátor
< Vagyis meglehetősen sokan figyelik árgus szemekkel ezt a bizonyos feladatkört, és jó esély van arra, hogy előbb-utóbb tényleg megvalósulhat egy űrbéli kereskedelmi szerviz.
Már az 1960-as években felmerült annak a lehetősége, hogy a Föld körül keringő műholdakat időszakosan karbantartsák, melyet az űrsiklóval hajtottak volna végre. Korábban a műholdszervizzel ugyanis az volt a baj, hogy a műholdat feljuttató rakéta költségei hozzámérhetőek (esetenként meg is haladják) a műhold árát, ergo a javításhoz felszálló űrhajó és személyzete költségek terén drágább, mint a megmentett, kijavított műhold ára, tehát olcsóbb egy új műholdat indítani, mint a fent lévőt megjavítani. Az űrsikló azt ígérte, hogy feljutni immár olcsó lesz, vagyis a költségek terén megfordul az arány, a javítás várható költségei alacsonyabbak, mint egy új műholdé.
Korai ábra az űrsiklóval való műhold-szervízről
Csakhogy mint korábbi cikksorozatunkból kiderült, az űrsikló a vártnál drágábban üzemelt. Sokkal drágábban. Így mindössze pár alkalommal láttak el ilyen feladatot. A legismertebbek a Hubble űrteleszkópon végzett munkálatok, amelyet öt alkalommal is meglátogattak, kijavították és felújították. Viszont ennek horribilis költségei voltak: az utolsó, 2008-as küldetés nem kevesebb, mint 900 millió dollárba fájt a NASA-nak, márpedig ennyiből egy hasonló képességű földi teleszkópot minden további nélkül ki lehet hozni - nem is kevés kritikát kapott a NASA emiatt.
Az STS-49 legénysége befogja az IntelSat-603-at - klikk a nagyobb képért
A Hubble-n kívül a Solar Maximum Mission, a Palapa B2, a Westar-6 és IntelSat 603 esetében volt még példa karbantartásra. Az első három esetén a befogott műholdakat visszahozták a Földre, majd egy átellenőrzés után újra fellőtték őket. Az IntelSat 603-nál az STS-49 keretében a műholdat befogták (ami csak a harmadik próbálkozásra sikerült, és gyakorlatilag kézzel húzták a raktérbe a műholdat), új gyorsító fokozatot szereltek rá, majd végül sikeresen elérte a kitűzött pályáját. Arról nincs információ, hogy az STS-49 mentőküldetése mennyibe került az IntelSat-nak, ám azt boldogan elhíresztelték, hogy a műhold (ami még ma is működik) mintegy 800 millió dollárt hozott eddig a cég számára. Ebből azért sejthető, hogy a mentőküldetés ára is visszajött.
Az ISS személyzete már rutinszerűen hajt végre karbantartó munkálatokat - klikk a nagyobb képért
Hozzá kell tenni, hogy az űrbéli karbantartás tapasztalatai ezek előtt, és azóta is gyűlnek. Az első amerikai űrállomást, a SkyLab-ot például több űrséta után sikerült csak megmenteni, mivel a felbocsátásakor a hő- és meteorvédő pajzsa leszakadt, az egyik napelemszárnyal együtt. A mentőmisszióba olyan lépések tartoztak, mint egy improvizált hővédő pajzs kihúzása, illetve a beszorult másik hővédő pajzs kinyitása. Hasonló karbantartó űrsétákra került azóta sor a szovjet/orosz Mir és a nemzetközi ISS Alfa űrállomás esetében is, vagyis az űrbéli szerelési eljárások terén egyre bővülő tapasztalatokkal rendelkezünk. Azonban az űrsikló azóta már nyugdíjba vonult, a műholdak javításának lehetősége így elveszett, maga az eljárás viszont továbbra is sokak fantáziáját piszkálja.
Miért van szükség a műholdszervizre?
A kérdést nehéz elbagatellizálni. A mai modern műholdak feladattól függően lehetnek bonyolult és drága eszközök, vagy egyszerűbb, olcsóbb (ami még mindig több tízmillió dollárt jelent) megoldások. Akárhogy is, a költségek mintegy 10%-a megy el az indítás előtt végrehajtandó különféle tesztelésekre, amelyek a műhold világűrben való működését a földön imitálják. Ha egy napelemtábla nem nyílik ki vagy egy antenna beragad, esetleg egy csatlakozás nem viseli elég jól a világűr viszontagságait, akkor a dollár százmilliós befektetés űrszemétként végezheti.
Az IntelSat-19 fantáziarajza, mindkét napelemtáblája nyitva
Élő példa a most megesett Intelsat-19 esete, amelyet június elsején a Zenyit-3SL hordozórakétával indítottak. A műhold a start után 72 másodperccel egy anomáliát, nyomásváltozást érzékelt, majd mikor parancsot kapott a földi irányítóközpontból a napelemtáblái konyítására, két napelemtábla egyike nem reagált. A műhold végül pályára állt, és csak ez után, június 12-én egy megismételt parancsra nyílt ki a beragadt napelemszárny, ám a tervezetthez képest feleakkora teljesítményt ad csak le. Innen a Földről nem lehet megmondani, hogy pontosan mi állhat a hiba mögött. Az Intelsat-19 így az eredetileg kalkulálthoz képest csak 75%-os energiamennyiségből gazdálkodhat; hogy ez mennyiben befolyásolja a működését, azt még pontosan nem tudni.
A TelStar-14R tesztelése a gyártó cégnél felbocsátás előtt - klikk a nagyobb változathoz
Az ilyen eseteknél kerül elő a biztosítás kérdése. A TelStar-14R műhold tavaly májusban indult és hasonló problémával szembesült, az egyik napelemszárnya szintén nem nyílt ki. A csökkentett elektromos teljesítmény miatt a műhold által biztosított sávszélesség az eredetinek csak 60%-a lett, illetve a kiegyensúlyozatlan műhold miatt több üzemanyagot kell elhasználniuk a helyzetkorrekciós manővereknél, tehát az eredetileg 15 évesre tervezett élettartam várhatóan mintegy 12 évre rövidül. Így a tulajdonosa, a kanadai TeleStar benyújtotta a kártérítési igényét, ami végül 132,7 millió dollárt jelentett.
Az ilyen eseteknél sokat segítene egy olyan lehetőség, ahol egy robot megvizsgálhatná, és ha képes, elháríthatná a problémát - még akár a biztosító társaságnak is megérné adott esetben legalább részben megfinanszírozni ezt, ha cserébe a műhold teljesen működőképes lehet.
Orbital Express, a bizonyíték
Ha egy elképzelés jónak is tűnik, illendő kipróbálni mielőtt élesben bevetik, hogy valóban életképes-e (az angol elnevezése sokkal frappánsabb: proof-of-concept, szabados fordításban a koncepció bizonyítása). A DARPA - az amerikai védelmi minisztérium speciális fejlesztéseit felügyelő iroda - jó mély zsebbel rendelkezik, a műhold szervizelés a védelmi minisztérium számára pedig igen hasznos lehet. A drága és nagy kémműholdak élettartama leginkább attól függ, mennyi üzemanyagot égetnek el, hiszen a jobb minőségű képekhez alacsonyabb pályára kell "leszúrniuk", ahol kisebb a légkör torzítása, de utána egy nagy adag hajtóanyagot felhasználva vissza kell emelkedniük, különben a nagyobb légellenállás miatt túlságosan sok sebességet vesztenének. A másik felhasználási terület még kézenfekvőbb: az ellenséges műholdak megvizsgálása és szükség esetén deaktiválása.
Az ASTRO és a NextSat fantáziarajza
A DARPA a Marshall űrközponttal szövetkezve a 300 millió dolláros Orbital Express program keretében két műholdat építtettet a Boeing céggel. Az egyik a NextSAT, egy 224 kg-os egyszerű műhold, ami az "áldozat", a szervízműhold pedig a 700 kg-os ASTRO nevet kapta. Utóbbi egy robotkarral volt felszerelve a műveletek végrehajtásához. A két műholdat 2007-ben egy Atlas V. hordozórakétával állították pályára, majd az ASTRO megközelítette a NextSAT-ot, ám az első alkalom (majd a következők is) hibát jeleztek a fedélzeti számítógépben. Végül ezeken a problémákon sikeresen felülkerekedtek, az ASTRO a NextSAT elé manőverezett, és robotkarjával megragadta. A következő napokban az ASTRO feltöltötte hidrazinnal a NextSAT üzemanyag tartályait, illetve kicserélt egy akkumulátor-blokkot. A műveletek sikeresen lezajlottak, vagyis bizonyítva lett, hogy lehetséges az űrbéli műhold-karbantartás.
NASA és CSA SSCO / RRM
Ez a név már elsőre sem túl bizalomgerjesztő, szóval fejtsük ki. A NASA nem szorul magyarázatra (azért a teljesség kedvéért: az amerikai űrügynökség), a CSA pedig a kanadai űrügynökséget takarja. Az SSCO a Műhold Szerviz Képesség Iroda (Satellite Servicing Capabilities Office), míg az RRM a Robotos Újratöltő Küldetés (Robotic Refuelling Mission) angol rövidítése. A NASA és a CSA bemutatásától eltekintenénk, úgyhogy érjük be a maradék két betűszóval. Az SSCO a Goddard űrközpontban működik, célja a műholdak űrbéli karbantartása és üzemanyaggal feltöltése lehetőségeinek vizsgálata, illetve az ehhez szükséges technológiák kifejlesztése. Vegyük észre a NASA párhuzamosított működésének diszkrét báját: a fent említett Orbital Express-en a Marshall űrközpont dolgozott, míg az SSCO a konkurens Goddard űrközpont kezdeményezése.
Az RRM az űrállomáson; a felénk néző oldalon látható a négy karbővítmény, a jobb és az alsó oldalán a szimulált elemek
Az SSCO tovább akart menni az Orbital Expressnél. Nem annyira a lehetőség életképességére kíváncsiak, hiszen ez már nem volt vitás, inkább a gyakorlati alkalmazás terén szeretnének eredményeket felmutatni. Ehhez az ISS űrállomás lesz a laboratórium, az eszköz pedig az RRM, ami egy 83 x 109 x 114 cm-es szimulátor, amin olyan felületek, csatlakozók és eszközök lettek elhelyezve, amelyekkel egy műholdszerviz alkalmával találkozhatnak később. A műveletekhez az űrállomás CanadArm 2 robotkarjának Dextre nevű szerelő-bővítményét használják. A Dextre több manipulátorral bír, amelyekkel mindenféle feladatokat lehet végrehajtani. Az RRM előre kialakított szerszámfejeket is vitt magával, ezeket használja a Dextre a kísérletek alatt.
A Dextre felvétele az RRM-ről a változó fényviszonyok közötti tesztnél
Az RRM-et az utolsó, STS-135-ös küldetés során vitte fel magával az Atlantis az űrállomáshoz. Még 2011. szeptemberében a Dextre kinyitotta az RRM-et, illetve változó fényviszonyok között készített felvételeket a szerelékekről. Ezek alapján az SSCO olyan programokat készíthet, amelyek a folyamatosan változó űrbéli fény-árnyék viszonyok mellett is képesek a részegységek azonosítására, azok irányát, helyzetét megállapítani. A cél az, hogy a későbbiekben a robotok már nagy fokú önállóság mellett tudják végrehajtani a munkát, ehhez pedig ezek a felvételek nagy segítséget jelentenek.
A második szakaszban, 2012. márciusában és júniusában két részletben az RRM üzemanyag-csatlakozóit szerelte a Dextre. Az általánosan használt üzemanyag-feltöltő csatlakozók normális körülmények között az indítás előtt használják, a hordozórakéta orrában töltik fel azokat üzemanyaggal, majd lezárják őket, és biztonsági sapkát helyeznek fel. Ha a világűrben ezeken keresztül szeretnék újra feltölteni üzemanyaggal a műholdat akkor először ezeket először el kell távolítani. Ez annyira nem egyszerű művelet mint ahogy hangzik, mivel a bevett eljárás szerint még rögzítődrótokat is áthúznak rajtuk, tehát ezeket kell először levágni, majd lehet a sapkát lecsavarni.
A harmadik lépés maga az üzemanyag-áttöltés, amihez 1,7 liter etanolt tartalmaz az RRM. A negyedik lépés a műholdak hővédő borításának felvágása és felhajtása, hogy az alatta található elektromos és mechanikus alkatrészekhez hozzáférjenek, és csak ez után jöhet a rögzítőcsavarok oldása, illetve egy elektromos csatlakozó felnyitása. Ezen lépésekre 2012 végén, majd 2013 elején kerülhet sor.
Fantáziarajz a robotos szervízküldetésről, jobb oldalon a szervízrobot-műhold
Az RRM azonban továbbra is csak egy kísérlet, igaz roppant összetett és bonyolult eljárásokat tartalmaz, amiket később felhasználhatnak egy szervízrobot tervezésekor. Ez lesz az RSM, vagyis a Robotos Szerviz Küldetés (Robotic Service Mission), aminek a célpontja is megvan már: a GOES 12, egy 2001-ben indított meteorológiai műhold, amely üzemanyag-szivárgással küzd a pályára állítása óta. Hogy a javításra mikor kerülhet sor, az persze még kérdőjeles.
A folytatáshoz kerlek lapozz! Az MDA SIS
Az MDA (MacDonald, Dettwiler and Associates) kanadai cég az Orbital Express egyik alvállalkozója volt. A közepes méretű cég műholdakat gyárt, de ők készítették az űrsiklók és az ISS Alfa CanadArm robotkarjait is. 2010-ben elindították az SIS, vagyis a Space Infrastructure Service (~Űrbéli Létesítmény Szerviz) programjukat, amely alapjaiban az Orbital Express továbbfejlesztése. Ennek keretében egy viszonylag nagyobb méretű műhold rövid időre dokkol a célműholdon, óvatosan megbontja a hővédő borítását hogy hozzáférjen az üzemanyag-vezetékekhez, majd azokhoz csatlakozva feltölti a műhold tartályait. Az MDA üzleti modellje szerint egy szervízműhold akár több GEO műholdat is fel tud tölteni üzemanyaggal, kitolva azok életciklusát, a műhold tulajdonosa pedig az áttöltött üzemanyag tömege alapján fizet majd.
Az MDA SIS elképzelése, bal oldalon a szervízműhold
2011. márciusában az IntelSat, az egyik legnagyobb műholdszolgáltató aláírt egy szerződést az MDA-val arról, hogy finanszírozzák az első SIS küldetést, a cél pedig a GEO pályán keringő IntelSat műholdak üzemanyag-újratöltése. A szerződés értéke mintegy 280 millió dollár, és a végösszes attól is függően alakult volna, hogy hány műholdat sikerül megmenteni így. Azonban 2012. januárjában az IntelSat kihátrált, miközben az MDA már azon dolgozott, hogy az amerikai védelmi minisztérium számára is eladja a SIS rendszert. Jelenleg így a rendszer fejlesztése visszafogott tempóban zajlik, és az MDA pénzügyi támogatót, illetve kuncsaftot keres.
ViviSat
A főleg a rakétahajtóműveiről ismert ATK és a műholdak üzemeltetésével foglakozó US Space LLC közös leányvállalata a ViviSat, amely a megvalósíthatóságot tartja leginkább szem előtt. Elképzelésük szerint a Küldetés Meghosszabbító Jármű (Mission Extension Vehicle - MEV) egy alapvetően csak a pályán tartáshoz és a helyzet tartásához szükséges hajtóművekkel, üzemanyaggal és fedélzeti elektronikával rendelkezik, no és persze egy irányítórendszerrel. A működése alapvetően egyszerű: a műhold megközelíti a "megmentendő" műholdat, hozzácsatlakozik, és átveszi a navigációs és pályán tartó funkciókat, így a műhold saját hajtóműveire nincs többé szükség. Ezen túl semmi interakció nem történik, vagyis a műhold és a MEV továbbra is elszeparált energia és kommunikációs rendszerrel rendelkezik. A saját bevallásuk szerint minden szükséges technológia rendelkezésükre áll, így kevés kockázattal számolnak.
A MEV megközelít egy távközlési műholdat, hogy befogja
A MEV alkalmas lehet meghibásodott indítójármű miatt nem megfelelő pályán keringő műholdak megmentésére, illetve az üzemanyag elfogyása miatt életciklusuk végéhez ért, de egyébként működőképes műholdak továbbüzemeltetésére. Nem mellesleg pedig mikor valóban le kell selejtezni a műholdat és el kell távolítani a hasznos pályáról, ha alacsony Föld körüli pályán keringtek, akkor a Föld légkörébe bevezetve semmisítheti meg őket, ha pedig magas - jellemzően geostacionárius - pályán keringtek, akkor előre meghatározott "temető-pályára" állítaná őket, ahol a működő műholdakat nem zavarják tovább. Ezen "temető-pályák" hátránya, hogy bár elviekben évszázadokig is stabil pályán keringhetnek tovább a roncs műholdak, előbb-utóbb valamit kezdeni kell velük, vagyis effektíve csak elodázza a problémát, ami a későbbi generációk számára jelenthet majd kihívást.
A ViviSat bemutatóvideója a MEV missziójáról
A másik oldalról nézve viszont mintegy 350 műhold kering GEO (geostacionárius) pályán és közülük évente 25 műhold kerül "selejtezésre" pusztán azért, mert kifogynak az üzemanyagból. A ViviSat reményei szerint ebből a 25-ből ha csak tízet sikerül megmenteni és tovább üzemeltetni a MEV-ek segítségével, az már számottevő mértékkel csökkentheti a keletkező űrszemetet. No és persze nem utolsó sorban tetemes bevételt jelenthet a ViviSat számára. Ám megrendelőről itt sincs jelenleg még tudomás...
Project Phoenix
A DARPA az Orbital Express után egy még drasztikusabb elképzeléssel állt elő. A már korábban említett "temetőpályájára" állított, működésképtelen műholdakat egy robot-műhold felkeresi, a felhasználható elemeit, mint a napelemtáblák vagy antennák leszereli, és egy új, vagy javítandó műholdra szerelik fel. Csendben meg lehet jegyezni, hogy ez egyfelől ugyan jól hangzik, hiszen a leselejtezett műholdakból nyert pótalkatrészeket nem kell felvinni, vagyis olcsóbb a nagygenerál, másfelől viszont kérdéses, hogy egész pontosan milyen műholdakat is szeretne a Darpa alkatrészbázisként használni. Ugyanis ez nagyszerű alkalom a többi űrhatalom katonai célű műholdjainak megvizsgálására, másfelől pedig akárhogy szépítjük, innen már csak egy lépés, hogy a javító műholdat arra utasítsák, hogy megközelítsen egy ellenséges, de működő műholdat, és nemes egyszerűséggel szétszerelje azt.
Természetesen a DARPA is tisztában van azzal, hogy sokan fenyegetésnek tartják az elképzelést. Hogy ezt valamennyire ellenpontozzák, igyekeznek olyan nyitottan dolgozni, amennyire ésszerű keretek között lehetséges, és betekintést adni a külső megfigyelőknek a színfalak mögé.
A Phoenix program tesztje várhatóan 2016 körül zajlana le
Valóban rentábilis lehet az űrszerviz?
A kérdés bizony jogos, hiszen maga az ötlet már évtizedek óta kering, és számtalan tervet tettek már le a mérnökök az asztalra a megvalósításhoz. Eleddig azonban csak az űrsikló útjain hajtottak végre eféle műveletet, ami több szempontból sem igazán mérvadó: először is az űrsikló útja igen drága, másfelől emberek hajtották végre a karbantartást, márpedig az emberi élet fenntartása drága dolog a világűrben - nem véletlen, hogy mindenki robotokban gondolkodik a javítás terén. Mindenki, kivéve néhány NASA mérnököt, akik új célt látnak az űrbéli karbantartások terén, és igyekeznek az emberes űrhajózás céljai között tartani az efféle utakat.
Egy 2010-es elképzelés egy további Hubble javító-küldetésről: először egy kiszolgáló modult indítanak, ami dokkol az űrtávcsőhöz, majd jön az űrhajó, amelynek személyzete elvégzi a karbantartást - klikk a nagyobb képért
A legfontosabb probléma viszont az, hogy a legértékesebb, legfontosabb kereskedelmi műholdak a GEO pályán találhatóak, mintegy 36 000 km-re a Föld felett. Márpedig az Apollo-17 óta ilyen messze egyszerűen egyetlen embert szállító űrhajó sem járt a Földtől. A piaci szereplők kivárnak a jelek szerint, számukra a több alternatíva csak pozitívum, ám az űrbéli javítás korántsem olyan olcsó még az optimista becslések szerint sem, hogy egyértelműen mögé álljanak. Egy kilogram hidrazin áttöltése ugyanis fél-másfél millió dollár között mozoghat, tehát már 200 kg esetén is - ami a műhold méretétől függően 3-10 évvel tolhatja ki az élettartamot - 100-300 millió dollárról beszélünk. Egy új műhold indítása pedig nem nagyon lóg ki ebből az árkalkulációból.
Márpedig egy újabb műhold modernebb, jobb képességű is lehet, mint kiöregedő elődje, így pedig üzletileg is jobb befektetés lehet. Így talán már érthető, miért helyezkednek a műhold-üzemeltetéssel foglalkozó cégek várakozó álláspontra. Per pillanat mindenki arra vár, hogy valaki bebizonyítsa, hogy tényleg gazdaságosan megvalósítható a műholdak robotokkal való karbantartása és üzemanyag-feltöltése. Az említetteken kívül azonban több egyéb program is zajlik ebben a tárgykörben, mint a német űrügynökség (DLR) által finanszírozott EPOS, amely két robottal a földön folytat űrbéli randevú, dokkolás és szerviz kísérleteket.
Az EPOS szimulátor
< Vagyis meglehetősen sokan figyelik árgus szemekkel ezt a bizonyos feladatkört, és jó esély van arra, hogy előbb-utóbb tényleg megvalósulhat egy űrbéli kereskedelmi szerviz.
