Let's connect

Почти для всех, кто не равнодушен к космосу, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) ассоциируется с исследованием Вселенной и путешествиями в космос. Кто-то из нас мечтал там работать, возможно, кто-то уже воплощает эту мечту в жизнь. Один из способов протестировать свои силы и в перспективе пообщаться с сотрудниками NASA — это ежегодный хакатон NASA Space Apps Challenge, который проводится начиная с 2012 года. 

Ежегодно глобальные организаторы от NASA объявляют темы и проблемы, решение которых предлагается найти командам со всего мира. В этом году многие темы были связаны с обработкой или визуализацией информации из открытых источников NASA. 

Украинская команда FireWay стала победительницей хакатона в номинации «Лучшее использование технологий». Надо добавить, что в конкурсе участвовали 2303 команды из более 150 стран мира. Поэтому победа в нем, бесспорно, ценная. По условиям соревнования, участники знакомятся с тематиками проектов на сайте NASA и у них есть всего 48 часов на разработку и презентацию решения.

Поскольку в составе украинской команды есть инженеры, ученые и программисты, мы решили поискать тематику, позволяющую всем проявить себя максимально эффективно, и потому выбрали категорию Let's connect. Нашей задачей стало создание прототипа устройства для соединения между собой космических аппаратов в космосе и передачи между ними энергии и компонентов топлива. Конечно, мы могли выбрать темы, связанные со строительством разных модулей на орбите, но остановились на том, что, по нашему мнению, должно быть простым в реализации и выгодным с точки зрения финансов. 

Наша команда FireWay предложила универсальный космический коннектор (USC), один из способов применения которого — дозаправка спутников на орбите планеты. 

FireWay состоит из шести человек. Елена Компаниец, молодой ученый-астрофизик, взяла на себя физическую составляющую проекта. Иван Гришко, Дмитрий Иванник и Кирилл Андриец — инженерную, разработали чертеж прототипа и с помощью 3D принтера напечатали его. Роман Малькевич нацелил команду на тему space assembling, исследовал экономическую составляющую проекта и сделал его описание. Максим Копистко создал презентацию и видео-описание проекта и проработал бизнес-составляющую. 

Подпись к фото: Кстати, не обошлось и без животных на рабочей площадке — к нам пришел кот с соседней улицы. За котом — 3D принтер, который использовался для печатания прототипа коннектора. 

Следует отметить: успех создания любого проекта прежде всего зависит от понимания тематики и четкой визуализации идеи. Поэтому, работая над проектом, мы использовали разные ресурсы, чтобы придумать что-то интересное в этой категории. В течение первого дня изучали, какими типами горючего заправляют разные спутники и в каких физических условиях это горючее должно использоваться. А хорошая и интересная презентация проекта, содержащая элементы анимации и/или компьютерные модели прототипа, является весомым плюсом для команды.

Дозаправка спутников на орбите — чрезвычайно важна и интересна. Сегодня вокруг Земли вращаются тысячи искусственных спутников, выполняющих различные задачи — они транслируют сигнал телевидения, обеспечивают спутниковую связь, навигацию (в качестве примера — GPS), проводят мониторинг погоды и многие другие исследования. Вывести спутник в космос — недешевое удовольствие. Конечно, все зависит от его размеров и задач, но, для примера, стоимость одного спутника GPS вместе с запуском на орбиту — приблизительно 400 млн долл. Из этой суммы приблизительно 100 млн долл. — стоимость запуска. И чем массивнее спутник, тем дороже будет запуск в космос. 

В связи с этим количество горючего всегда ограничено, и иногда оно заканчивается раньше срока эксплуатации самого оборудования. То есть, если бы была возможность дозаправить спутник, он работал бы намного дольше. Этот вопрос сейчас очень актуален и нет единого решения, как его реализовать. Поэтому разработки указанного направления довольно важны, они обещают значительную экономию средств компаний, ведь можно будет просто дозаправить спутник и не тратить сотни миллионов долларов на запуск нового оборудования. Кроме этого, система дозаправки спутников снизит темпы накопления космического мусора вокруг планеты. 

Поскольку технологически есть возможность реализовать дозаправку спутников в ближайшем будущем и эта тема — довольно важная как с финансовой точки зрения, так и для будущей колонизации космоса, украинская команда сделала акцент именно на ней.

Идея следующая: коннектор состоит из двух частей (см. рис.), одну надо добавлять к конструкции спутников во время их создания, а вторая — будет неотъемлемой частью танкера. Для дозаправки спутника должна состояться его стыковка на орбите с танкером. В конструкции самого коннектора для начала мы предложили два канала. Почему именно два, спросите вы?

Дело в том, что для коррекции собственной орбиты спутники используют химические двигатели, чаще — с однокомпонентным горючим наподобие гидразина. Для дозаправки такого спутника можно будет задействовать только один канал, которым и будет транспортироваться однокомпонентное горючее. Но технологический прогресс неустанно движется и все популярнее становятся ионные или ионно-плазменные двигатели. Основное их преимущество — возможность без остановки работать годами, что очень долго по сравнению со временем эксплуатации химических двигателей. Скорее всего, у моделей новых спутников будет уже два типа двигателей, ионные — для длительной работы и химические — для коррекции орбиты. В таком случае, используя наш коннектор, можно будет транспортировать сразу два типа горючего.

Дозаправка спутников раньше была очень дорогим удовольствием из-за одноразовости ракет (первые степени ракеты не подлежали повторному использованию), но, благодаря Илону Маску, полеты в космос стали значительно дешевле, поскольку теперь ракеты многоразовые. Большую часть стоимости спутников все еще составляет их создание, поэтому действительно дешевле отправить топливо на орбиту и дозаправить спутник, чем создавать новый. Вполне возможно, что в ближайшем будущем мы увидим сеть танкеров-дозаправщиков, которые будут выполнять ту же функцию, что и обычные заправки для автомобилей. Это позволит запускать спутники с минимальным количеством топлива и дозаправкой уже на орбите. 

Мы считаем, что спутники должны быть многоразовыми, ведь никто не избавляется от автомобиля только потому, что у него опустел бак. Надеемся, наш универсальный коннектор — это шаг, позволяющий приблизить такое будущее. 

Впереди еще много открытий. Кстати, NASA уже объявило даты следующего хакатона.