Космический буксир — это тип космического корабля, используемый для перемещения космического груза с одной орбиты на другую с различными энергетическими характеристиками. Термин может включать в себя одноразовые верхние ступени или космические корабли, которые не обязательно являются частью их ракеты-носителя. Однако он также может относиться к космическому кораблю, который транспортирует полезную нагрузку, уже находящуюся в космосе, в другое место в космическом пространстве, например, в концепции космической транспортной системы . Примером может служить перемещение космического корабля с низкой околоземной орбиты (НОО) на более высокоэнергетическую орбиту, такую как геостационарная переходная орбита , лунный переход или траектория эвакуации .
Термин часто используется для обозначения многоразовых космических аппаратов. Некоторые ранее предложенные или построенные космические буксиры включают предложение NASA 1970-х годов STS [1] или предложенный российский Parom , а иногда использовался для обозначения одноразовых верхних ступеней , [1] таких как Fregat , [2] Spaceflight Industries Sherpa и Inertial Upper Stage , когда такие ступени являются необязательными.
Космический буксир был впервые задуман в эпоху после Второй мировой войны как вспомогательное транспортное средство для постоянной околоземной космической станции . Он был использован писателем-фантастом Мюрреем Лейнстером в качестве названия романа, опубликованного в 1953 году как продолжение «Космической платформы» , другого романа о такой космической станции. [3]
Космические буксиры можно условно разделить на несколько типов:
В 2011 году ViviSat, совместный проект US Space и ATK, предложил Mission Extension Vehicle . В 2016 году ViviSat был распущен, когда US Space объявила о банкротстве, а ATK объединилась с Orbital Science Corporation, чтобы сформировать Orbital ATK . В 2017 году Orbital ATK получила добро от FCC на начало разработки космического корабля с новым партнером Northrop Grumman , который разрабатывал собственный буксир. В июне 2018 года обе компании объединили свои ресурсы и объединились, чтобы сформировать новую компанию под названием Northrop Grumman Innovation Systems . 9 октября 2019 года первый из этих буксиров MEV-1 был запущен с космодрома Байконур в Казахстане на ракете Протон-М . В феврале 2020 года MEV-1 успешно состыковался с Intelsat 901 и вернул его на геосинхронную орбиту, что позволило ему продолжить работу спустя 4 года после окончания срока службы. MEV-1 продолжит сохранять эту позицию в течение 5 лет, после чего спутник будет переведен обратно на орбиту захоронения для вывода из эксплуатации. MEV-2 был запущен 15 августа 2020 года с Galaxy 30 на Ariane 5 для выполнения аналогичного маневра с Intelsat-1002 . [4] [5] [6]
В декабре 2021 года — январе 2022 года китайский спутник по борьбе с космическим мусором «Шицзянь-21» состыковался с выведенным из эксплуатации навигационным спутником «Бэйдоу-2 G2», чтобы кардинально изменить его геостационарную орбиту, продемонстрировав возможности, ранее продемонстрированные только Соединенными Штатами. [7]
Spaceflight Inc. разработала SHERPA, которая основывается на возможностях Spaceflight Secondary Payload System (SSPS) путем включения подсистем движения и генерации энергии, что создает пропульсивный тягач, предназначенный для маневрирования на оптимальной орбите для размещения вторичных и размещенных полезных нагрузок . Первый полет двух отдельных беспилотных вариантов распределителя состоялся в декабре 2018 года на ракете Falcon 9. В этом полете было развернуто 64 малых спутника из 17 стран. [8] [9]
D-Orbit , итальянская компания космической логистики и транспорта, разработала спутниковый носитель InOrbit NOW ION . Первый запуск состоялся 3 сентября 2020 года на ракете Vega , но все последующие запуски были на миссиях SpaceX Falcon 9 Transporter. 3 января 2023 года компания запустила свои седьмой и восьмой аппараты, Second star to the right, на борту миссии SpaceX Transporter-6. [10]
LDPE основан на адаптере полезной нагрузки Northrop Grumman , который используется для присоединения верхней ступени к основному спутнику, а также для размещения нескольких слотов для других малых спутников . Однако вся система питается от спутниковой шины ESPAStar, которая отвечает за потребление и распределение энергии, а также за движение, что делает ее полностью работоспособным космическим буксиром, способным развертывать различные полезные нагрузки на разных орбитах. ESPAStar имеет возможность размещать 6 полезных нагрузок малых спутников общим весом 1920 кг (4230 фунтов). Система также способна обеспечивать 400 метров в секунду дельта-V через двигательный модуль гидразина. [11]
Первый LDPE был запущен 7 декабря 2021 года на ракете Atlas V в рамках миссии STP-3 . Второй запуск состоялся 1 ноября 2022 года на ракете Falcon Heavy в рамках миссии USSF-44 . Третий запуск состоялся 15 января 2023 года в рамках миссии USSF-67 .
Momentus Space разрабатывает различные версии космических буксиров, фокусируясь на больших изменениях скорости свыше 1 км/с. Две демонстрационные миссии их платформы Vigoride состоялись 25 мая 2022 года и 3 января 2023 года [12], а ключевые испытания пройдут до 2022 года. [13] Momentus Space стала широко известна в октябре 2020 года, когда она заключила инвестиционное соглашение SPAC с Stable Road Acquisition Corp, оценив объединенную компанию более чем в 1 миллиард долларов. [14]
Космический аппарат Chimera LEO 1 компании Epic Aerospace был запущен 3 января 2023 года. [12]
Около 15 июня 2021 года появились сообщения о космическом буксире Orbiter компании Launcher . [15] Запускаемый на собственной ракете, а также на Falcon 9 компании SpaceX, он обеспечивает 150 килограммов полезной нагрузки, либо 90 единиц CubeSat , либо более крупных спутников с использованием стандартных систем разделения малых спутников. С химической двигательной установкой, использующей в качестве топлива этилен и закись азота , он способен развивать дельта-v 500 метров в секунду, больше с дополнительными топливными баками. [16] Orbiter SN1 запущен 3 января 2023 года. [12]
Impulse Space успешно запустила Mira, 300-килограммовый (660 фунтов) космический буксир, в рамках миссии SpaceX Transporter-9 в ноябре 2023 года, развернув спутники и проведя испытания его двигательной установки. Будущие миссии запланированы для Transporter-11 и Transporter-12. [17] [18]
Многоразовый космический буксир изучался NASA в конце 60-х и начале 70-х годов как часть многоразовой космической транспортной системы (STS). Она состояла из базового двигательного модуля, к которому можно было прикрепить модуль экипажа или другую полезную нагрузку. Дополнительные опоры могли быть добавлены для посадки полезных грузов на поверхность Луны . [ 1] Это, наряду со всеми другими элементами STS, за исключением Space Shuttle , никогда не финансировалось после сокращений бюджета NASA в 1970-х годах в результате программы Apollo . [19]
Программа «Шаттл » выполнила роль высокоэнергетического орбитального переноса путем разработки [ когда? ] твердотопливного одноступенчатого вспомогательного модуля полезной нагрузки и двухступенчатой инерциальной верхней ступени . [ нужна ссылка ]
Для использования на шаттле была разработана более мощная ступень Centaur-G , работающая на жидком водороде, но ее разработка была отменена из-за ее слишком высокой опасности после катастрофы Challenger . [20]
NASA изучало другой проект космического буксира, названного Orbital Maneuvering Vehicle (OMV), вместе со своими планами по космической станции Freedom . Роль OMV заключалась бы в том, чтобы быть многоразовым космическим аппаратом, который мог бы извлекать спутники, такие как Hubble , и доставлять их на Freedom для ремонта или извлечения, или для обслуживания беспилотных орбитальных платформ. [21] [22] В 1984 году были начаты предварительные проектные исследования Orbital Maneuvering Vehicle (OMV) через конкурсный процесс присуждения наград с системными исследованиями, проведенными TRW , Martin Marietta Aerospace и LTV Corporation . [23]
Российская корпорация РКК «Энергия» в 2005 году предложила космический буксир под названием «Паром» [24] , который мог бы использоваться для доставки как предлагаемого пилотируемого корабля «Клипер» , так и беспилотных грузовых и топливных модулей на МКС. [25] Оставление буксира в космосе позволило бы сделать «Клипер» менее массивным, что позволило бы запускать его на меньшем ускорителе, чем первоначальная конструкция «Клипера».
Электроплазменная ракета VASIMR может быть использована для питания высокоэффективного космического буксира, используя всего 9 тонн аргонового топлива для совершения кругового полета на Луну, доставляя 34 тонны груза с низкой околоземной орбиты на низкую лунную орбиту. В 2014 году [обновлять]компания Ad Astra Rocket Company выдвинула концептуальное предложение по использованию этой технологии для создания космического буксира. [26] [ требуется обновление ]
ISRO построила верхнюю ступень под названием PAM-G (Payload Assist Module for Geosynchronous Satellite Launch Vehicle ), способную выводить полезные грузы непосредственно на орбиты MEO или GEO с низких околоземных орбит . [27] [28] PAM-G приводится в действие гиперголическим жидкостным двигателем с возможностью повторного запуска, полученным от четвертой ступени Polar Satellite Launch Vehicle . По состоянию на 2013 год ISRO реализовала структуру, системы управления и двигатели PAM-G и провела горячие испытания. [29] [30] [31] PAM-G сформирует четвертую ступень ракеты-носителя GSLV Mk2C, [32] установленную поверх криогенной третьей ступени GSLV .
В 2015 году компания Lockheed Martin сделала NASA концептуальное предложение по проекту под названием « космический буксир Юпитер », который должен был быть основан на проектах двух более ранних космических аппаратов Lockheed Martin — Mars Atmosphere and Volatile Evolution Mission и Juno , а также роботизированной руки от MDA, созданной на основе технологии, используемой в Canadarm , технологии роботизированной руки, ранее использовавшейся в Space Shuttle . Помимо самого космического буксира Юпитер , концепция Lockheed включала использование нового грузового транспортного модуля диаметром 4,4 м (14 футов) под названием Exoliner для перевозки грузов на МКС. Exoliner основан на более раннем (2000-х годов) разработанном ЕКА автоматизированном транспортном средстве и должен был разрабатываться совместно с Thales Alenia Space . [33] [34] [35] В этом случае NASA не согласилось финансировать разработку Юпитера, и Lockheed Martin не разрабатывает буксир с частным капиталом.
Один из предлагаемых лунных посадочных модулей программы NASA Artemis представляет собой частично многоразовую трехступенчатую конструкцию. Одним из ее основных элементов является переходная ступень для перемещения посадочного модуля с орбиты Lunar Gateway на низкую лунную орбиту. Будущие версии должны иметь возможность возвращаться на Gateway для дозаправки и повторного использования с другим посадочным модулем. Northrop Grumman предложила построить эту переходную ступень на основе своего космического корабля Cygnus . NASA решила выбрать другой подход в апреле 2021 года. [36]
Разработанный Airbus , Moon Cruiser — это концептуальное лунное логистическое транспортное средство на базе ATV и ESM , которое предлагается использовать для поддержки международного Lunar Gateway . Если будет профинансировано, оно станет частью вклада ЕКА в программу Lunar Gateway. По состоянию на январь 2020 года оно находилось на ранней стадии проектирования. Планируется запустить на Ariane 6 — с возможностью запуска также с помощью американских тяжелых пусковых установок [37] : 1:56 — транспортное средство предназначено для дозаправки лунных посадочных модулей и доставки грузов на Gateway. Оно также будет использоваться [ требуется цитата ] для доставки европейского модуля ESPRIT на Gateway не ранее 2025 года. Также было предложено превратить транспортное средство в переходную ступень для лунного посадочного модуля. Существуют концепции варианта транспортного средства для посадочного модуля, но они не получили финансирования. [38] [39] [37]
Британский производитель ракет-носителей Skyrora поделился подробностями своего космического буксира [40] в 2021 году, показав, что его можно использовать в качестве третьей ступени ракеты Skyrora XL. Компания поделилась видеозаписью космического буксира, проходящего живое испытание в январе 2021 года. Помимо возможности перемещать спутник с одной орбиты на другую, космический буксир может выполнять ряд операций в космосе, включая удаление космического мусора.
Exotrail представляет 12 апреля 2022 года орбитальный транспортный корабль SpaceVan. [41] Дебютная миссия SpaceVan была запущена на борту Falcon 9 во время миссии по совместному использованию транспортных средств Transporter-9 11 ноября 2023 года после подписания соглашения о запуске между Exotrail и SpaceX. В течение 2024 года запланировано не менее трех последующих миссий на борту нескольких различных пусковых установок. [42] [43]
В дополнение к их нынешнему летающему аппарату Mira, Impulse Space разрабатывает гораздо более крупный аппарат под названием Helios, предназначенный для доставки от 4000 кг (8800 фунтов) до 5000 кг (11000 фунтов) полезных грузов непосредственно на геосинхронную орбиту. Первый запуск запланирован на 2026 год. [18]
В январе 2022 года компания Atomos Space объявила, что собрала 5 миллионов долларов, которые пыталась собрать с 2020 года. Atomos планирует запустить два своих многоразовых орбитальных корабля Quark в 2023 году. [44]
Компания Firefly Aerospace разрабатывает OTV под названием Elytra, который будет запущен в полет на ее ракете Alpha в 2024 году. [45]
В октябре 2022 года Space Machines объявила о сделке с Arianespace на производство Optimus-1 — космического буксира массой 270 кг, который планируется запустить на ракете SpaceX Falcon 9 во втором квартале 2023 года. [46]
Буксировщики Exolaunch Reliant имеют стандартную и профессиональную версии. Тестирование и летная квалификация должны были начаться в 2022 году на совместных миссиях SpaceX. [47] [48]
Astroscale разрабатывает Life Extension In-orbit (LEXI). [49] [50]
Orbit fab пытается разработать цепочку поставок топлива в космосе, чтобы обеспечить «заправочные станции в космосе». [51] 11 января 2022 года было объявлено, что они достигли соглашения о заправке LEXI компании Astroscale. [52]
Гибкая лунная архитектура для исследования (FLARE) — это концепция доставки четырех членов экипажа на поверхность Луны на срок не менее семи дней, а затем их безопасного возвращения на Землю. Ключевым компонентом FLARE является модифицированный ULA Common Centaur, используемый в качестве SpaceTug для доставки беспилотного посадочного модуля на лунную орбиту и для оказания помощи капсуле NASA Orion в возвращении экипажа на Землю [53]
9 октября 2024 года индийский космический стартап Bellatrix Aerospace и NewSpace India Limited подписали контракт на интеграцию орбитальных транспортных средств Pushpak (OTV) для предстоящих миссий по запуску. Pushpak OTV, способный перемещать спутники на другие орбиты с большей точностью и эффективностью, создан для маневрирования на орбите. По данным Bellatrix Aerospace, запуск спутника на специализированной ракете-носителе для микро- и наноспутников стоит около 45 000 долларов США/кг; при запуске на Pushpak стоимость снижается до 25 000 долларов США/кг для низкой околоземной орбиты. Кроме того, он может облегчить будущие миссии в дальний космос, изменение наклонения, миссии по переводу на ГСО и многоорбитальные последовательности развертывания. Pushpak OTV поможет малым спутникам и кубсатам достичь своих орбит. Первый запуск запланирован на 2026 год. [54] [55]
Поскольку прилив поднимает все лодки, количество полетов NASA в 1960-х годах существенно поддерживалось щедрыми бюджетами агентства. У OMB не было намерения предоставлять такую щедрость в 1970-х годах.
{{cite journal}}
: Проверить |url=
значение ( помощь )