NASA испытала стыковочный кран для заправки космических аппаратов на орбите

NASA провела первые испытания криокаплера — автоматического стыковочного устройства для передачи криогенного топлива между космическими аппаратами прямо на орбите Земли. Разработчиком выступила американская технологическая компания L3Harris. Именно эта технология может стать ключевым звеном в подготовке будущих миссий к Луне, Марсу и другим объектам Солнечной системы.

Концепция проста по аналогии, но крайне сложна в реализации: криокаплер работает как насадка топливного пистолета на автозаправке — только вместо бензина через него перекачивают жидкий водород и жидкий кислород при температурах в сотни градусов ниже нуля по Фаренгейту.

Почему заправка на орбите — одна из сложнейших задач в космонавтике

По словам Трэвиса Белчера, менеджера проекта в Центре космических полётов Маршалла NASA в Хантсвилле (штат Алабама), орбитальная дозаправка криогенным топливом между двумя аппаратами до сих пор ни разу не выполнялась в реальных условиях.

««Орбитальная криогенная дозаправка между двумя космическими аппаратами ещё не осуществлялась и остаётся одной из самых сложных инженерных задач в космических полётах», — заявил Белчер.»

Сложность обусловлена несколькими факторами одновременно. Жидкий водород и жидкий кислород необходимо поддерживать при экстремально низких температурах — любая утечка или нарушение теплоизоляции означает потерю топлива или аварию. При этом устройство должно работать полностью автономно: астронавты не могут выходить в открытый космос при каждой заправке.

Криокаплер от L3Harris спроектирован с учётом всех этих ограничений. Он способен многократно стыковаться и расстыковываться в автоматическом режиме, а конструкция допускает определённую степень рассогласования при стыковке — что критично в условиях реального орбитального полёта, где идеальное выравнивание двух аппаратов практически недостижимо.

««Криокаплеры, над которыми мы работаем, могут многократно подключаться и отключаться и полностью автоматизированы — астронавтам не придётся выходить в открытый космос для перекачки топлива», — добавил Белчер.»

Как проходили испытания и что дальше

Для проверки устройства команда Белчера прогнала жидкий азот при температуре −321 градус по Фаренгейту (около −196°C) через несколько конфигураций подключения и отключения. Эти тесты дали инженерам данные о том, как криокаплер реагирует на резкие перепады температур — одно из главных испытаний для любого материала в условиях космоса.

Помимо температурных тестов, устройство прошло операционные проверки: в частности, симуляцию стыковки с намеренным смещением осей. Именно такие нештатные ситуации наиболее вероятны при реальных манёврах двух независимых аппаратов на орбите.

Тем не менее нынешние испытания — лишь начальный этап. Белчер подчёркивает, что следующие тесты будут разрабатываться под конкретные миссии, и параметры оценки устройства будут определяться требованиями каждой из них. Иными словами, криокаплер ещё предстоит адаптировать под реальные полётные профили — будь то лунная программа Artemis или перспективные марсианские экспедиции.

Идея орбитальных «заправочных станций» не нова: NASA занимается этой темой уже несколько лет, а частные компании — в частности, SpaceX с её концепцией дозаправки Starship на орбите — также рассматривают её как обязательный элемент архитектуры дальних миссий. Принципиальное отличие подхода L3Harris — ставка на универсальный стандартизированный интерфейс, который потенциально смогут использовать разные аппараты.

Что это означает для космической отрасли

Орбитальная дозаправка меняет саму логику проектирования космических миссий. Сегодня значительная часть стартовой массы ракеты — это топливо, необходимое для всего маршрута. Если аппарат сможет дозаправиться уже на орбите, конструкторы получат возможность либо существенно снизить стартовую массу, либо взять больше полезной нагрузки — научного оборудования, припасов, компонентов для строительства баз.

Для белорусских IT-компаний и инженеров, работающих в аэрокосмическом сегменте или смежных областях — системах управления, встроенном ПО, криогенной автоматике, — это направление представляет практический интерес. Глобальный рынок космических технологий активно ищет подрядчиков для разработки программного обеспечения управления стыковкой, систем телеметрии и автономного контроля. Резиденты Парка высоких технологий уже работают с рядом международных аэрокосмических заказчиков, и рост спроса на орбитальную инфраструктуру может расширить эту нишу.

Пока криокаплер L3Harris проходит базовые стендовые тесты, но именно такие испытания закладывают фундамент для технологий, без которых полёт человека на Марс останется невозможным.

— По материалам Engadget: оригинальная статья. Перевод и адаптация — редакция Digital Business.