Let's connect

Майже для всіх, хто не байдужий до космосу, Національне управління з аеронавтики та дослідження космічного простору (NASA) асоціюється з дослідженням Всесвіту та подорожами в космос. Хтось із нас мріяв там працювати, можливо хтось уже втілює цю мрію у життя. Один зі способів протестувати свої сили і в перспективі поспілкуватися зі співробітниками NASA — це щорічний хакатон NASA Space Apps Challenge, який проводиться починаючи з 2012 року. 

Щороку глобальні організатори від NASA оголошують теми та проблеми, рішення яких пропонується знайти командам з усього світу. Цього року чимало тем були пов’язані з обробкою або візуалізацією інформації з відкритих джерел NASA. 

Українська команда FireWay стала переможницею хакатону в номінації «Найкраще використання технологій». Слід додати, що в конкурсі взяли участь 2303 команди з понад 150 країн світу. Тож перемога в ньому, безперечно, вартісна. За умовами змагання, учасники знайомляться з тематиками проєктів на сайті NASA і мають лише 48 годин на розробку та презентацію рішення.

Оскільки у складі української команди є інженери, науковці та програмісти, ми вирішили пошукати тематику, яка дозволить усім проявити себе максимально ефективно, і тому обрали категорію Let's connect. Нашим завданням стало створення прототипу пристрою для з’єднання між собою космічних апаратів у космосі й передачі між ними енергії та компонентів палива. Звісно, ми могли обрати теми, пов’язані з будуванням різних модулів на орбіті, але зупинилися на тому, що, на нашу думку, має бути простим у реалізації та вигідним із фінансового погляду. 

Наша команда FireWay запропонувала універсальний космічний конектор (USC), один зі способів застосування якого — дозаправка супутників на орбіті планети. 

FireWay складається з шести осіб. Олена Компанієць, молода вчена-астрофізик, узяла на себе фізичну складову проєкту. Іван Гришко, Дмитро Іваннік та Кирило Андрієць — інженерну, розробили креслення прототипу і з допомогою 3D принтера надрукували його. Роман Малькевич націлив команду на тему space assembling, досліджував економічну складову проєкту і зробив його опис. Максим Копистко створив презентацію та відео-опис проєкту і пропрацював бізнес-складову. 

Підпис до фото: До речі, не обійшлося і без тваринок на робочому майданчику — до нас завітав кіт із сусідньої вулиці. За котом — 3D принтер, який використовувався для друкування прототипу конектора. 

Варто зазначити: успіх створення будь-якого проєкту насамперед залежить від розуміння тематики і чіткої візуалізації ідеї. Тому, працюючи над проєктом, ми використовували різні ресурси, щоб вигадати щось цікавеньке в цій категорії. Першого дня вивчали, якими типами пального заправляють різні супутники і за яких фізичних умов це пальне має використовуватися. А хороша й цікава презентація проєкту, що містить елементи анімації та/або комп’ютерні моделі прототипу, є вагомим плюсом для команди.

Дозаправка супутників на орбіті — надзвичайно важливо й цікаво. Сьогодні навколо Землі обертаються тисячі штучних супутників, вони виконують різноманітні завдання — транслюють сигнал телебачення, забезпечують супутниковий зв’язок, навігацію (як приклад – GPS), проводять моніторинг погоди та багато інших досліджень. Вивести супутник у космос — недешеве задоволення. Звісно, все залежить від його розмірів та завдань, але, для прикладу, вартість одного супутника GPS разом із запуском на орбіту — приблизно 400 млн дол. Із цієї суми приблизно 100 млн дол. — вартість запуску. І чим масивніший супутник, тим дорожчим стане запуск у космос. 

У зв’язку з цим кількість пального завжди обмежена, й інколи воно закінчується раніше терміну експлуатації самого обладнання. Тобто якби була можливість дозаправити супутник, він працював би набагато довше. Це питання наразі дуже актуальне, і немає єдиного рішення, як його реалізувати. Тож розробки зазначеного напряму доволі важливі, вони обіцяють значне заощадження коштів компаній, адже можна буде просто дозаправити супутник і не витрачати сотні мільйонів доларів на запуск нового обладнання. Крім цього, система дозаправки супутників знизить темпи накопичення космічного сміття навколо планети. 

Оскільки технологічно ми маємо змогу реалізувати дозаправку супутників у найближчому майбутньому і ця тема – доволі важлива, як із фінансового погляду, так і для майбутньої колонізації космосу, українська команда зробила акцент саме на ній.

Ідея така: конектор, складається з двох частин (див. рис.), одну треба додавати до конструкції супутників під час їх створення, а друга — буде невід’ємною частиною танкера. Щоб дозаправити супутник, має відбутися його стиковка на орбіті з танкером. У конструкції самого конектора для початку ми запропонували два канали. Чому саме два, спитаєте ви?

Річ у тому, що для корекції власної орбіти супутники використовують хімічні двигуни, частіше — з однокомпонентним пальним на кшталт гідразину. Для дозаправки такого супутника можна буде задіяти тільки один канал, яким і буде транспортуватися однокомпонентне пальне. Проте технологічний прогрес невпинно рухається і дедалі популярнішими стають іонні чи іонно-плазмові двигуни. Основна їх перевага — можливість без зупинки працювати роками, що дуже довго, порівняно з часом експлуатації хімічних двигунів. Швидше за все, моделі нових супутників можуть мати вже два типи двигунів, іонні — для тривалої роботи та хімічні — для корекції орбіти. В такому випадку, використовуючи наш конектор, можна буде транспортувати одразу два типи пального.

Дозаправка супутників раніше була дуже дорогим задоволенням через одноразовість ракет (перші ступені ракети не підлягали повторному використанню), але завдяки Ілону Маску польоти до космосу стали значно дешевшими, оскільки тепер ракети багаторазові. Більшу частину вартості супутників усе ще становить їх створення, тому справді дешевше відправити паливо на орбіту й дозаправити супутник, ніж створювати новий. Цілком можливо, що в найближчому майбутньому ми побачимо мережу танкерів-дозаправників, які виконуватимуть ту ж функцію, що й звичайні заправки для автомобілів. Це дозволить запускати супутники з мінімальною кількістю палива та дозаправленням уже на орбіті. 

Ми вважаємо, що супутники мають бути багаторазовими, адже ніхто не викидає автомобілі лише тому, що в них спорожнів бак. Сподіваємося, наш універсальний конектор — це крок, який дозволить наблизити таке майбутнє. 

Попереду ще багато відкриттів. До речі, NASA вже оголосило дати наступного хакатону.