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!