Орбитальная «Аварийка»

ВВС США приступили к отработке технологий по сближению, стыковке, дозаправке и ремонту космических аппаратов в автоматическом режиме. Способность обслуживать спутники на орбите без участия астронавтов значительно увеличит возможности и рабочий ресурс орбитальной группировки, считают эксперты.

Запуск ракеты-носителя «Атлас-5» в рамках «Космической технологической программы» ВВС США планировался еще на сентябрь 2006 г., но из-за неготовности полезной нагрузки был перенесен на начало 2007-го. Однако и в середине января ракета-носитель не стартовала, т.к. специалистам ВВС США потребовалось дополнительное время для подготовки к сложным орбитальным маневрам по эксперименту «Орбитал Экспресс» (Orbital Express). Впрочем, к концу февраля, когда к запуску практически все было готово, произошла авария ракеты-носителя «Зенит-3SL», на которой установлен двигатель производства российского НПО «Энергомаш» – РД-171 (см. «Взлёт» №3/2007, с. 54-56). Поскольку первая ступень «Атласа-5» оснащена двигателем РД-180 того же предприятия, американские специалисты повременили с запуском ракеты до уточненения причин аварии «Зенита». Была выбрана новая дата. Наконец, 8 марта в 22.10 по восточному времени (9 марта 6.10 МСК) ракета стартовала с пускового комплекса №41 ВВС США на мысе Канаверал (Флорида).

Проблем с российским двигателем, установленным на первой ступени американского носителя, на этот раз к счастью не возникло. Через четыре минуты после запуска первая ступень отделилась, и произошло первое включение кислородно-водородной двигательной установки верхней ступени «Кентавр» (Centaur). Вскоре после этого отделился головной обтекатель, и ракета вышла на круговую орбиту высотой около 490 км и наклонением 46°.

«Атлас-5» выводил полезную нагрузку на две разные орбиты, поэтому на ракете использовали новое адап- терное кольцо ESPA, разработанное специально для кластерных запусков небольших спутников. Через 18 минут после старта на орбиту вышли первые два космических аппарата – комплекс «Орбитал Экспресс», состоящий из спутников «Астро» (ASTRO) и «НекстСат» (NextSat); а еще через четыре минуты – аппарат MidSTAR-1, построенный учащимися и сотрудниками Военно-морской академии США для испытаний новых технологий спутниковой связи.

После успешного развертывания первых трех спутников вновь включился двигатель RL10 ступени «Кентавр». Он вывел верхнюю ступень на круговую орбиту высотой около 560 км и наклонением 35,4°. Здесь в течение нескольких минут от адаптера полезной нагрузки последовательно отделились спутники STPSat-1, CFESat и FalconSat-3. Первый их этих трех аппаратов создан компанией «АэроАстро» для тестирования ультрафиолетового спектрометра с высокой разрешающей способностью и изучения нарушений в работе в коммуникациях «космос- земля» (он также выводит на орбиту два пикоспутника MEPSI). При помощи малого аппарата CFESat, разработанного Национальной лабораторией в Лос-Аламосе, специалисты намерены протестировать новые элементы электропитания, надувные антенны и другие технологии для создания космических аппаратов. FalconSat-3 предназначен для проведения пяти военно-научных экспериментов по изучению космической погоды (этот спутник построен и управляется академией ВВС США).

Примерно через 67 минут после старта миссия «Атласа-5» была успешно выполнена. Как отметили американские специалисты, ракета-носитель впервые осуществила доставку спутников на две разные орбиты. Для «Атласа-5» это был девятый запуск и первый старт в интересах военных ведомств США – ранее ракета дважды стартовала в интересах НАСА и шесть раз по коммерческим программам.

Кроме того, запуск «Атласа-5» впервые осуществил «Объединенный пусковой альянс» (United Launch Alliance, ULA), образованный крупнейшими аэрокосмическими корпорациями США «Боинг» и «Локхид-Мартин» (в связи с созданием этого сугубо американского консорциума в сентябре 2006 г. последняя вышла из российско-американского предприятия ILS). Нынешний запуск стал своего рода вехой в истории этого предприятия, учитывая что официально оно существует буквально несколько месяцев – с 1 декабря 2006 г.

Принципиальная схема спутника обслуживания «Астро»

Комплекс «Орбитал Экспресс»

Причиной создания ULA считается курс на экономию бюджетных средств по запускам космических аппаратов. По оценке экспертов, запуски через ULA должны экономить американским ведомствам около 100-150 млн долл. ежегодно. Правда, чиновники не скрывают и другую не менее вескую причину появления предприятия: совместная работа должна прекратить конкурентную борьбу за правительственные заказы между «Боингом» и «Локхид-Мартином». Компании поручены запуски ракет-носителей «Дельта» и «Атлас» со спутниками Пентагона, Национального разведывательного управления, Национального управления по исследованию океанов и атмосферы, а также НАСА.

17 февраля этого года ULA успешно осуществил свой первый запуск ракеты-носителя «Дельта-2» – ракета стартовала по научной программы НАСА THEMIS. В течение года компания планирует провести еще 19 стартов с восточного и западного побережий США, в т.ч. четыре запуска «Атласов-5». На 4 мая назначен старт «Атласа» со спутником Национального разведывательного управления США NRO L-30; 28 июня ракета выведет на геостационарную орбиту военный спутник связи нового поколения WGS, а 28 августа – американкский коммерческий спутник связи ICO G1. Также планируется запуск аппарата NRO L-28 с базы Ванденберг (Калифорния) на западном побережье США.

Комплекс «Орбитал Экспресс» состоит из двух аппаратов – прототипа спутника обслуживания «Астро» и прототипа целевого спутника следующего поколения «НекстСат». Оба они разработаны в Агентстве передовых оборонных исследовательских проектов (Defense Advanced Research Projects Agency, DARPA). Головным подрядчиком по созданию «Астро» выступила компания «Боинг» (Boeing Phantom Works), а «НекстСат» строила корпорация «Болл Аэроспейс» (Ball Aerospace). В работе над комплексом также был задействован и ряд других компаний. Он обошелся США примерно в 300 млн долл.

Задача «Орбитал Экспресс» – испытания методов дозаправки и проведения ремонтных и регламентных работ на космических аппаратах в автоматическом режиме. По словам специалистов, подобная технология позволит значительно увеличить рабочий ресурс и возможности целевой орбитальной группировки. Американцы – не первые, кто понял выгоду от обладания такой технологией. В конце 90-х гг. свои разработки в этой сфере уже продемонстрировало Космическое агентство Японии: аппарат Engineering Test Satellite 7 осуществил сближение и стыковку с целевым спутником, на котором при помощи руки-манипулятора заменил некоторые компоненты.

В 2003 г. Научно-исследовательская лаборатория ВВС США отработала технологию сближения на орбите при помощи аппарата XSS-10, а в 2005-м продолжила испытания с аппаратом XSS-11. Его основной задачей было тестирование элементов автоматического сближения с другими космическими аппаратами. В том же году НАСА провело испытания спутника DART (Demonstration of Autonomous Rendezvous Technology). Правда, успешными они не стали. Спутник вышел на заданную орбиту, самостоятельно определил местонахождение, и по силуэту идентифицировал цель – военный спутник «Маблком» (Mublcom), затем провел тест на «свой-чужой» и приступил к сближению, но вместо того, чтобы плавно приблизиться к «Маблкому», столкнулся с ним.

«Орбитал Экспресс» – следующий этап в этой работе. «НекстСату» предстоит выполнять роль цели, т.е. ремонтируемого спутника. Он весит 226 кг и оснащен системой дозаправки. Обслуживанием «НекстСата» займется «Астро». Его масса – 952 кг (из них 136 кг – топливо для эксперимента). На аппарате установлена автоматизированная «рука», разработанная специально для проведения различных операций с целевым спутником. Камеры «Астро» способны обнаруживать цель на расстоянии в 200 км, а начиная примерно с 500 м проводить идентификацию спутника по силуэту.

По словам руководителей испытаний, работа «Астро» не потребует особого контроля с Земли, из Центра управления полетом на базе ВВС США в Нью-Мексико. В течение 91-дневной миссии диспетчерам лишь предстоит отслеживать телеметрию полета спутника и принимать информацию с «НекстСата» о ходе проведения испытаний. Первые две недели полета специалисты отвели на проверку комплекса в целом. Первоначальное тестирование аппаратуры пройдет пока спутники будут находиться еще в сцепке. Затем «Астро» при помощи руки-манипулятора отведет «НекстСат» на расстояние 2 м. На этом этапе будут испытаны сенсорные датчики спутников и система стыковки, после чего «Астро» вернет «НекстСат» обратно в сцепку. Вскоре произойдет новое разделение, но во время него «Астро» отойдет от «НекстСата» на расстояние в 10 м – примерно на 16 минут целевой спутник окажется в автономном полете. Планируется, что в течение миссии комплекс произведет семь таких разделений и сближений с различных расстояний (максимальное – до 7 км). Специалисты испытают систему захвата, сцепки и дозаправки.