Satelity o modułowej konstrukcji podstawą przyszłych operacji kosmicznych
Europejski ekosystem kosmiczny szybko się rozwija, a dążenie do zwiększenia liczby elastycznych, zrównoważonych i opłacalnych misji otwiera przed nami wiele nowych możliwości. Dotyczy to zwłaszcza małych i średnich przedsiębiorstw oraz start-upów, które mogą wnieść swój wkład w innowacyjne technologie związane z serwisowaniem na orbicie, przedłużaniem żywotności satelitów i modułową konstrukcją. Na tym polu istnieją jednak pewne wyzwania. „Pomijając trudności natury czysto technicznej, standaryzacja jest wciąż ograniczona, co powoduje, że interoperacyjność między systemami staje się bardziej skomplikowana. Ponadto nowe podejścia nie zawsze są zgodne z istniejącą architekturą misji, co utrudnia ich integrację i finansowanie, tworząc swoisty dylemat jajka i kury”, mówi Pierre Letier z Space Applications(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Projekt SCHUMANN(odnośnik otworzy się w nowym oknie), wspierany przez Unię Europejską, koordynowany przez Letiera i skupiający się na komponentach satelitarnych, powstał w celu rozwinięcia modułowości i standaryzacji europejskiego ekosystemu kosmicznego. Badacze z projektu SCHUMANN opracowali dwa kluczowe elementy: moduł funkcjonalny do tankowania satelitów (RTa) oraz specyfikację projektową i rozwojową zestawu do budowy satelitów (DSSCK). Dodatkowym celem było udoskonalenie interfejsu sprzętowego HOTDOCK(odnośnik otworzy się w nowym oknie) w konfiguracji tankowania.
Modułowa i standaryzowana konstrukcja satelity
Funkcjonalny Moduł Satelitarny (FSM) to standardowy element konstrukcyjny, który zapewnia określoną funkcję satelity, taką jak zasilanie, napęd lub komunikacja. Jest on standaryzowany (podobny kształt, interfejs) i zaprojektowany tak, aby umożliwić łatwą integrację, wymianę lub modernizację, dzięki czemu projektowanie i konserwacja satelitów staje się bardziej elastyczna. Badacze z projektu SCHUMANN opracowali prototyp modułu zbiornika do tankowania (RTa) służącego do przechowywania i przesyłu paliwa w przestrzeni kosmicznej. Umożliwia on uzupełnianie paliwa w satelitach w trakcie ich misji, wydłużając tym samym żywotność obecnych zasobów kosmicznych. Moduł opracowano z wykorzystaniem elementów konstrukcyjnych pochodzących z poprzednich unijnych projektów, takich jak HOTDOCK (interfejs sprzętowy) i ESROCOS(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (interfejs programowy), aby zapewnić zgodność z przyszłymi europejskimi misjami serwisowymi. W międzyczasie opracowano zestaw do budowy satelitów (DSSCK) zawierający wytyczne i narzędzia programistyczne, które mają pomóc programistom projektować moduły w sposób ustandaryzowany i kompatybilny, nawet jeśli pochodzą od różnych dostawców. W tym celu w ramach projektu SCHUMANN powstała platforma programowa o nazwie RESONANCE.
Korzyści dla przyszłych misji i dłuższa żywotność satelitów
Badacze z projektu SCHUMANN przeprowadzili szereg testów walidacyjnych, w szczególności dla modułu tankowania RTa, w tym testy funkcjonalności przesyłu paliwa, testy termiczno-próżniowe i testy wibracyjne. W przypadku oprogramowania DSSCK przeprowadzono wewnętrzne testy próbne i oceny zewnętrzne, wykorzystując realistyczne przypadki użycia. „Z powodzeniem wykazaliśmy potencjał technologii modułowych satelitów, w tym potwierdziliśmy możliwość transferu cieczy w RTa przy ciśnieniu 200 bar bez wycieków oraz niezawodne połączenia zasilania i danych. Oprogramowanie RESONANCE systemu DSSCK zostało dobrze przyjęte i po wprowadzeniu pewnych ulepszeń mogłoby przyczynić się do zmiany podejścia do projektowania i eksploatacji satelitów”, podkreśla Letier. Co najważniejsze, badacze udoskonalili również mechaniczne, elektryczne i płynowe aspekty interfejsu sprzętowego HOTDOCK, weryfikując jego działanie w odpowiednich warunkach przy jednoczesnej integracji z modułem zbiornika paliwa. „Wykazaliśmy jego wszechstronność, nie tylko jako wymiennik narzędzi dla ramion robotycznych, ale także jako niezawodne rozwiązanie do transferu gazu pod wysokim ciśnieniem oraz zasilania elektrycznego i danych między modułami w przestrzeni kosmicznej”, wyjaśnia Letier.
Zrównoważony charakter oraz większa konkurencyjność i autonomia w kosmosie
„Nasze wyniki przybliżają Europę do przyszłości, w której satelity nie będą już jednorazowe, lecz będą spełniały warunki do modernizacji i wielokrotnego użytku, co pozwoli ograniczyć koszty i ilość odpadów”, dodaje Letier. Zmiana ta wpisuje się w trend definiujący na nowo sposób użytkowania satelitów w kosmosie. Projekt przyczynia się również do zwiększenia konkurencyjności Europy poprzez przyspieszenie cyklów rozwoju i dynamiki przechodzenia od badań do wprowadzenia na rynek. Następnym krokiem na tej drodze będzie przyspieszenie rozwoju technicznego, co doprowadzi do testów demonstracyjnych na orbicie. „Choć moduł RTa nie jest jeszcze gotowy do komercjalizacji, jego wyniki wkrótce mogą zostać wykorzystane i już wzbudzają zainteresowanie branży. Na podstawie opinii i zainteresowania testerów wersji beta DSSCK widzimy bardzo obiecujący potencjał przyszłego wykorzystania komercyjnego”, podsumowuje Letier.
