Идея создания хранилищ для ракетного топлива в космосе восходит к далёкому 1928 году. Тогда австрийский теоретик и пионер космонавтики Гвидо фон Пирке (Guido von Pirquet) с помощью расчётов показал, что при использовании внеземной космической станции возможен полёт человека к Луне, а также к планетам Солнечной системы. Спустя почти 100 лет эта идея стала приобретать практическую реализацию.
Стремление NASA повторить и превзойти свои успехи в лунной программе, а также отправить человека на Марс, побудила их провести в 2020 году конкурс Tipping Point («Переломный момент») среди частных компаний, продвигающих космические технологии. Общая сумма грантов на эти технологии составляет 370 миллионов долларов, большую часть которой выделили на разработку технических решений по выводу на околоземную орбиту, хранению и передаче криогенного топлива. Гранты в этой области присудили компаниям Eta Space, Lockheed Martin, SpaceX и United Launch Alliance.
Eta Space в конце апреля 2021 года заключило контракт с NASA на 27 миллионов долларов. Компания разработает заправочную станцию для космических кораблей на низкой околоземной орбите. Для этого в конце 2023 года Eta Space планирует вывести на околоземную орбиту прототип хранилища жидкого кислорода LOXSAT 1 в качестве полезной нагрузки спутниковой платформы Photon компании RocketLab.
С помощью прототипа специалисты протестируют технологии работы с криогенным топливом в космосе: поддержание температурного режима, контроль давления, загрузка жидкого кислорода в хранилище и его передача между топливными баками. Учёные уже разработали и испытали на Земле эти технологии, но только проверка их работоспособности в космосе докажет, что в дальнейшем их можно будет применить для полётов на Луну и Марс.
Жидкий кислород для первого испытания выбрали не случайно ─ это распространённый компонент топлива, который используют во многих ракетных двигателях (например, для ракет-носителей Falcon 9, «Союз-2.1б», Space Launch System, Ariane 5, Atlas V и других). Кроме того, это и самый тяжёлый компонент жидкого ракетного топлива, поэтому в дальнейшем возможность его дозаправки на орбите будет выгодна с экономической точки зрения. Верхнюю ступень ракеты-носителя с полезной нагрузкой можно будет не заправлять топливом на Земле, что позволит либо увеличить массу полезной нагрузки, либо использовать ракету более лёгкого класса.
Совместно с Eta Space над LOXSAT 1 работают группы специалистов как из исследовательских центров NASA, так и частных компаний. Например, NASA работает над системами загрузки криогенного топлива в резервуары для хранения перед стартом, передачи топлива в условиях невесомости, а также поддержания температурного режима ─ так называемая система «нулевого выкипания», которая необходима, чтобы избежать нагрева и испарения сверхохлаждённой жидкости.
Частные компании проектируют: терморегулятор для поддержания заданной температуры (YetiSpace), новый мощный охладитель для достижения криогенных температур (SunPower), муфты заправочных узлов для передачи топлива (Altius Space Machines), систему визуализации для контроля состояния криогенной жидкости (Florida Institute of Technology).
LOXSAT 1 будут испытывать в космосе на протяжении девяти месяцев в различных температурных условиях. В случае удачного завершения тестирования Eta Space сосредоточится на запуске полномасштабной заправочной станции LOXSAT 2 в 2025 году, но уже с топливной парой «жидкий кислород» / «керосин» (марки RP-1). Конечно, про заправку пилотируемых космических кораблей говорить ещё рано: эту систему планируют использовать для дозаправки верхних ступеней лёгких ракет-носителей, выводящих малые спутники.
Несмотря на возрастающую популярность малых космических аппаратов в последнее время, их запуск осложнён некоторыми трудностями. Полёт в качестве вторичной полезной нагрузки во время запуска множества спутников накладывает ограничение на выбор целевой орбиты. Использование ракеты мощнее, чем нужно, нецелесообразно в связи с высокой стоимостью такого запуска. Альтернатива — индивидуальные запуски малых спутников на более дешёвых ракетах-носителях лёгкого класса. В этих условиях дозаправка их верхних ступеней упростит и удешевит вывод за пределы низкой околоземной орбиты — на среднюю околоземную и геостационарную орбиты, к Луне и даже к планетам Солнечной системы.
Подробности конструкции и функционирования LOXSAT 2 пока не известны, но основатель и генеральный директор Altius Space Machines — партнёров Eta Space — Джонатан Гофф (Jonathan Goff) высказал несколько соображений по этому поводу.
По его мнению, LOXSAT 2 будет представлять собой полностью роботизированную заправочную станцию с модульным типом конструкции для быстрой замены компонентов, наиболее подверженных износу. Заправочную станцию оснастят датчиками сближения и техникой для магнитного захвата и манипулирования заправочными портами ступеней ракет-носителей.
Одна из ключевых задач Eta Space — создание унифицированных стыковочных интерфейсов для возможности работать с несколькими поставщиками космических запусков. Поставщики запусков также должны будут модифицировать верхние ступени своих ракет-носителей для возможности дозаправки. Исходя из предлагаемого Eta Space топлива потенциальными клиентами станут RocketLab (ракета-носитель Electron), AstraSpace (РН Astra), VirginOrbit (РН LauncherOne), Firefly Aerospace (РН Alpha).
LOXSAT 2 выведут на низкую околоземную орбиту и разместят так, чтобы его могли достичь многие из запускаемых аппаратов. Это позволит получать и загружать в хранилище излишки их топлива. Пополнение же основных запасов топлива будет осуществляться при помощи топливных резервуаров, запускаемых с Земли.
Объём хранилища, достаточный для дозаправки нескольких ступеней — от пяти до сорока тонн топлива. Чтобы увеличить ёмкость, можно переоборудовать один из топливных баков верхней ступени ракеты-носителя, которая доставит саму станцию на орбиту, и после этого использовать его в качестве дополнительного резервуара.
Помимо жидкого кислорода и керосина компания Eta Space в дальнейшем планирует работать и с жидким водородом.
Автор: Алина Нестерова
Источник: www.einnews.com
