Reutilización de satélites: "bloques de construcción" puestos en escena en el espacio
Cartografía: Li Tao
Tras décadas de lanzamientos espaciales ininterrumpidos, actualmente hay un gran número de satélites desguazados en órbitas de satélites geoestacionarios. Si estos satélites desechados no se pueden desmantelar y reutilizar, no sólo se desperdiciarán muchos recursos espaciales, sino que también representarán una grave amenaza para la seguridad de las naves espaciales en órbita. Con este fin, los científicos han propuesto una nueva idea de "plug and play" para satélites, y la nave espacial puede ensamblarse y reutilizarse en el espacio mediante "bloques de construcción".
De hecho, ya en la década de 1970, Estados Unidos propuso el concepto de diseño de "nave espacial modular", y el satélite comercial "Iridium" de segunda generación que todavía está en la red ha reservado específicamente la interfaz universal y espacio de instalación de carga. La construcción modular de naves espaciales no sólo es una forma importante de lograr una respuesta espacial rápida, sino que también desempeñará un papel importante en la construcción rápida de sistemas espaciales, el mantenimiento de naves espaciales en órbita y la expansión de funciones.
Resolver problemas de exploración espacial
Recientemente, el satélite "Cell Star Integration Technology Experiment" desarrollado con el apoyo de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada del Departamento de Defensa de EE. UU. entró en órbita heliosincrónica para verificar más a fondo el satélite en órbita. Capacidades de carga útil modulares compatibles.
Las naves espaciales tradicionales generalmente tienen problemas como largos ciclos de diseño, fabricación y despliegue y altos costos, que están lejos de ser capaces de satisfacer el rápido crecimiento de la demanda terrestre de capacidades de apoyo a los sistemas espaciales. Al mismo tiempo, las naves espaciales existentes todavía tienen problemas como una función única, una versatilidad débil y una reconstrucción y actualización complejas. Un análisis muestra que la mayoría de las naves espaciales actuales son "únicas" y están diseñadas especialmente, y que el 85% de los costos de desarrollo de satélites por sí solos se deben a diseños repetitivos.
Si los componentes de las naves espaciales pueden tener funciones "plug and play" como los equipos informáticos, se reducirá significativamente el coste de diseño, fabricación, pruebas y operación del sistema espacial. Es más, existe otro cuello de botella técnico que restringe el ritmo de la exploración espacial humana: la restricción de la capacidad de lanzamiento del vehículo de lanzamiento. Si cada módulo funcional puede utilizarse "bajo demanda" en el espacio exterior, la exploración espacial no tendrá que estar "limitada".
En 2002, Estados Unidos comenzó a investigar un brazo robótico espacial altamente sensible que podría implementar "captura espacial" y luego proporcionar "servicios en órbita". Impulsados por la idea de la construcción modular, Estados Unidos propuso el concepto de "satélites plug and play" en el plan "Combat Response Space". Con base en la investigación anterior, la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de los EE. UU. lanzó además el "Proyecto Phoenix" en 2011, con el objetivo de capturar satélites en órbita geoestacionaria retirados y luego usarlos con algunos satélites recién lanzados para lograr el ensamblaje directo en órbita para generar nuevos satélites. .
Dando nueva vida a las naves espaciales
La característica más destacada de la construcción modular es el uso de la arquitectura abierta. A la estructura básica del centro se le pueden añadir varios módulos funcionales como comunicación, detección meteorológica, navegación y posicionamiento. Según el estándar de división modular, el satélite en su conjunto se puede dividir en múltiples módulos funcionales. Cada módulo funcional es un todo independiente y puede completar de forma independiente una o más tareas. Dado que cada módulo funcional adopta una interfaz estándar y unificada, los módulos funcionales producidos por diferentes fabricantes pueden ser compatibles entre sí en términos de interfaces mecánicas, de telecomunicaciones y de datos, y pueden ensamblarse de manera más conveniente, lo que inevitablemente conducirá a nuevas formas de desarrollo de naves espaciales. y actualización.
Antes del lanzamiento del satélite Cell Star Integrated Technology Experiment, la Estación Espacial Internacional había realizado varias pruebas preliminares de naves espaciales construidas de forma modular. En marzo de 2018, el "satélite de entrega de carga útil en órbita" "alojado" en el satélite de comunicaciones se construyó de forma modular a partir de cuatro "estrellas celulares superintegradas". La plataforma satelital "Experimento de tecnología integrada Cell Star" lanzada esta vez contiene 14 "estrellas celulares súper integradas". Cada pequeña "estrella celular" es un agregado con todas las funciones del subsistema de la plataforma.
El agregado "Super Integrated Cell Star" es como el procesador central de la placa base de una computadora. Comparten recursos de energía, control de actitud y procesamiento de datos entre sí a través de software de código abierto y el funcionamiento del procesador central. La cantidad también se puede cambiar en tiempo real a través del software, que es tan simple como bloques de construcción. Incluso si una de las "Super Integrated Cell Stars" falla, los subsistemas relacionados en otras "Cell Stars" también pueden hacerse cargo de su trabajo mediante el control de software.
La aparición del concepto de "estrella celular" ha dado nueva vitalidad a las naves espaciales que pueden realizar autoreorganización, reemplazo y reparación como formas de vida orgánicas compuestas de células. "Cell Star" es sólo un pequeño paso en el "montaje de satélites" del "Proyecto Phoenix".
En el futuro, se establecerá un sistema de apoyo al servicio en órbita para la reutilización para reciclar componentes de satélites abandonados y eventualmente integrarlos en nuevos satélites reutilizables.
Además, para garantizar que los satélites militares ineficaces puedan reponerse y mantenerse de manera oportuna en futuras guerras, Estados Unidos también ha propuesto el "Plan Espacial de Respuesta de Combate". Al desplegar satélites pequeños de respuesta rápida, bajo costo y orientación táctica, pueden complementar y mejorar eficazmente los sistemas espaciales a gran escala. En 2006, el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea de EE. UU. lanzó el proyecto de demostración y verificación "Plug and Play Satellite". Mediante la adopción de estándares e interfaces abiertos y el uso de componentes autoidentificados, se logró la función de configuración automática del sistema de los satélites modulares, lo que redujo aún más la necesidad. Complejidad del sistema satelital. Tiempo y costo de implementación.
Enorme potencial de aplicación futura
Además de los Estados Unidos, la Agencia Espacial Alemana también ha lanzado un proyecto de investigación. La idea principal es descomponer la plataforma satelital tradicional en varios edificios inteligentes. bloques para servicios en órbita Mediante el montaje y el mantenimiento en órbita, se puede prolongar la vida útil de las naves espaciales y al mismo tiempo reducir la generación de desechos espaciales. De hecho, la aparición de la tecnología de construcción modular es un paso beneficioso en la protección del medio ambiente espacial.
La construcción modular demuestra las amplias perspectivas de aplicación del futuro desarrollo de naves espaciales y seguramente tendrá un profundo impacto en la tecnología aeroespacial global. El uso de módulos para construir una plataforma puede satisfacer de manera flexible y rápida las necesidades de los clientes y la personalización de la misión, reducir significativamente el costo del ciclo de vida de la nave espacial y acortar aún más el ciclo de implementación. La realización del ensamblaje en órbita a través de diferentes módulos lanzados en lotes también eliminará las limitaciones de la capacidad de carga existente y dará origen a naves espaciales ultragrandes. Además, un gran número de naves espaciales construidas de forma modular ayudan a mejorar la invulnerabilidad y la fiabilidad de los sistemas espaciales, haciéndolos más fáciles de mantener y actualizar.
De hecho, la construcción modular también tiene enormes perspectivas de aplicación militar. A través del "Proyecto Phoenix", el ejército estadounidense está intentando establecer un nuevo modelo de guerra antisatélite. Cuando es necesario atacar satélites enemigos, la tecnología de captura y corte espacial desarrollada por el "Proyecto Phoenix" se puede utilizar directamente para desmantelar y destruir los satélites en órbita del enemigo. Las piezas de base de satélite especialmente desarrolladas también se pueden utilizar para reemplazar los dispositivos de procesamiento de información de los satélites enemigos para lograr un control "cambiador de cerebro" de los satélites enemigos o para instigar una rebelión. Al "robar" componentes directamente de los satélites enemigos mediante tecnología de construcción modular, puedes fortalecerte mientras atacas al enemigo. Esto es más inteligente que simplemente destruir a tu oponente.
Una vez que la tecnología de construcción modular madure, la parte con la capacidad de "ensamblar satélites en órbita" mejorará en gran medida la resistencia a los daños y las capacidades de recuperación rápida de su sistema espacial. (Zhang Yumin Zhang Yuanmin)