Возможно, есть способ закрепить космический корабль в точке L2, как Уэбб и Гайя.

Миллиарды долларов космических аппаратов-обсерваторий вращаются вокруг Земли или на той же орбите, что и наша планета. Когда что-то изнашивается или выходит из строя, было бы неплохо иметь возможность исправить эти миссии «на месте». До сих пор только космический телескоп Хаббл (HST) пользовался регулярными визитами для обслуживания.

Что, если бы мы могли работать с другими телескопами «на орбите»? Такие «ремонтные» миссии на других объектах являются предметом новой статьи НАСА, в которой исследуются оптимальные орбиты и траектории для выполнения сервисных вызовов на телескопы, находящиеся далеко за пределами Земли.

Некоторые из самых производительных орбитальных телескопов работают в точках Лагранжа L1 и L2 системы Солнце-Земля. В настоящее время эти позиции предоставляют нам невероятную науку. Чего они не могут себе позволить, так это легкого доступа для ремонта и обслуживания. Это ограничивает ожидаемый срок службы таких объектов, как JWST, примерно 10–15 годами.

В будущем в точках Лагранжа будут развернуты и другие миссии. К ним относятся телескоп Нэнси Грейс Роман, миссии ESA PLATO и ARIEL, а также Большой ультрафиолетовый оптический инфракрасный геодезист (LUVOIR).

Этим обсерваториям нужны пропелленты для двигателей ориентации, чтобы они могли оставаться «на месте» во время своих наблюдений. «Газа» можно отправить с этими обсерваториями только определенное количество. Кроме того, компоненты изнашиваются, как это было с HST.

Итак, люди ищут способы продлить срок службы обсерваторий с помощью сервисных миссий. Если можно заменить вышедшие из строя компоненты и доставить топливо, срок службы этих обсерваторий должен быть значительно продлен, что даст астрономам больше отдачи от наблюдательных средств.

Планирование будущих миссий по обслуживанию космических аппаратов

Исследователи из Управления по обслуживанию спутников (SSCO) в Центре космических полетов имени Годдарда (GSFC) исследовали возможности обслуживания миссий к далеким космическим телескопам. В недавно опубликованной статье в Акта АстронавтикаОни сосредоточены на возможности осуществления дозаправки на орбите космических телескопов, вращающихся вокруг точки Лагранжа 2 системы Солнце-Земля (SEL2).

Существует множество проблем. Во-первых, современные технологии запуска (на момент написания статьи) недостаточны для выполнения такого рода миссий на таких расстояниях. Очевидно, что технологии должны совершенствоваться для проведения сервисных визитов. Кроме того, важно помнить, что современные телескопы, такие как Gaia и JWST, не были предназначены для такого доступа.

Однако будущие телескопы могут быть оснащены сервисными портами и т. д. для обеспечения обслуживания. Наконец, существуют проблемы с фактической доставкой сервисных миссий в обсерватории.

Команда Годдарда сосредоточилась на этой последней проблеме, вычислив модели различных решений запуска и орбиты для таких миссий. Они не только приняли во внимание сами траектории запуска, но и динамику точки Солнце-Земля-Лагранж, а также относительное положение обсерваторий в SEL2.

Кроме того, команда рассмотрела устойчивость обсерваторий во время и после сближения и присоединения. Все эти факторы учитываются при планировании того, можно ли запустить обслуживающий аппарат по разумной цене, чтобы продлить срок службы обсерватории настолько, чтобы усилия стоили времени и расходов.

Началось выполнение миссии по дозаправке космического корабля

Команда создала модели для теоретической миссии по заправке на орбите в SEL2. Именно там, например, находятся JWST и Gaia, а также WMAP, Planck и другие. В статье рассматриваются роботизированные миссии по заправке в SEL2 с целью моделирования.

Однако для этого должна быть оптимальная траектория для роботизированного космического корабля, чтобы доставить его в SEL2. Они должны иметь возможность выполнять автономную навигацию в нужную точку пространства. Оказавшись в целевой обсерватории, робот-заправщик должен будет выполнить осторожный подход для своих стыковочных маневров.

Это требует оценки на орбите движения цели в пространстве относительно солнца, а также ее положения на орбите SEL2. Сама стыковка может повлиять на положение и движение обсерватории, и робот должен это также учитывать. Идея заключается в том, чтобы удерживать обсерваторию в том же положении после стыковки.

Однако главный вопрос заключается в следующем: как сделать это недорого, быстро и безопасно?

Команда Годдарда в первую очередь исследовала лучшие и наиболее эффективные траектории для достижения SEL2. В частности, они рассмотрели лучшие подходы к космическому аппарату Gaia, у которого закончится топливо в следующем году. Они также рассмотрели JWST как возможную цель для такой миссии. Если бы такая миссия была возможна сегодня, эти обсерватории получили бы годы доступа к Вселенной «наведи и снимай».

Как добраться

В своей статье команда рассматривает два подхода к миссии по дозаправке SEL2. Один из них — прямая траектория запуска с Земли, а другой — выход космического корабля с геостационарной переходной орбиты (GTO). Они предположили, что целью миссии было максимально быстрое восстановление работы телескопа. Это диктует самую короткую и безопасную возможную траекторию, вдоль которой космический корабль может поддерживать постоянную тягу.

Команда Годдарда создала подход «прямого проектирования» для расчета низкоэнергетических и малотяговых переходов с орбиты отправления Земли на космический телескоп, вращающийся вокруг точки SEL2. Затем они сделали то же самое для обслуживающего космического корабля, отправляющегося из точки в геостационарном пространстве.

По сути, подойдет либо отлет с Земли, либо отлет с GTO. Как только роботизированная миссия обслуживания покидает околоземную орбиту, она движется с малой тягой во время спирального перехода к SEL2. Оказавшись там, она встречается с целью, согласует ее движение в пространстве, а затем «захватывает» цель для выполнения своей миссии доставки.

Важно помнить, что запуск с Земли или GTO является частью нескольких решений для миссий по обслуживанию SEL2. Анализ команды привел к упрощенному процессу генерации возможных орбит и траекторий для таких видов деятельности.