Projektował silniki dla Starshipa. Buduje satelitę, który umie zmieniać orbity

Jeff Thornburg to były szef działu napędu w SpaceX, kierownik projektu silników Raptor, które napędzają rakietę Starship. Nie tylko - pracował także przy projekcie Kuiper, czyli odpowiedzi Amazona na konstelację satelitów telekomunikacyjnych Starlink. Ma doświadczenie w branży, więc nie jest zaskoczeniem, że gdy postanowił w 2021 roku stworzyć własne przedsięwzięcie - Portal Space Systems - to po to, by znowu dołożyć kilka groszy do branży kosmicznej. A może nawet nie kilka groszy, bo pomysł jaki ma na siebie Portal Space Systems, może znacząco odmienić segment satelitów. Firma otrzymała ponad 3 miliony dolarów dofinansowania z Departamentu Obrony USA na rozwój platformy satelitarnej Supernova. Jej pierwsze testy zaplanowano już na 2025 rok.

Portal Space Systems i jego misja

Zdaniem Jeffa Thorburga mamy obecnie poważny problem, a jest nim przestarzała technologia budowy satelitów, a dokładnie platform satelitarnych. Są one podstawą każdego satelity czy sondy kosmicznej. To element na który składa się napęd, zasilanie, konstrukcja, która umożliwia umieszczenie ładunku użytecznego. Dopiero ten ładunek to instrumenty badawcze, aparatura do transmisji sygnału i inne, czyli to co sprawia, że satelita lub sonda nabiera konkretnego przeznaczenia.

Satelita geostacjorarny EUMETSAT - MTG-I1, przeznaczony do obserwacji pogodowych. (fot: Eumetsat)

I te platformy satelitarne okazuje się, są budowane wedle wytycznych, które mają już kilkadziesiąt lat. Odnosząc się do osiągnieć USA w branży kosmicznej, Thornburg mówi - „Nasz kraj buduje szóstej generacji myśliwce bojowe, ale wciąż używa pierwszej generacji platform satelitarnych”. Być może CEO Portal Space Systems zapatrzył się trochę w hasło „Uczyńmy Amerykę znowu wielką”, które pamięta czasy Ronalda Reagana, a w 2016 roku było podchwycone przez Donalda Trumpa w kampanii prezydenckiej.

Słaba strona obecnych satelitów według Portal Space Systems

Coś w tym jest, że satelity wydają się wciąż podobne do tych sprzed lat. Postępuje oczywiście ich miniaturyzacja, wystarczy spojrzeć się na zalew niewielkich konstrukcji typu cubesat, na nowej generacji satelity telekomunikacyjne na orbicie geostacjonarnej, które są kilka razy mniejsze od starych. Co zatem gryzie Thornburga? Problem związany ze zdolnością do manewrów w przypadku satelitów. Najczęściej są one przywiązane do jednej orbity, ewentualnie ściśle zaplanowanego zestawu orbit co ma miejsce w przypadku misji naukowych.. 

Większość satelitów po wyniesieniu w kosmos zajmuje pozycję na pewnej wysokości i na takiej pozostaje przez cały czas swojego funkcjonowania. Paliwo, którym dysponują, służy do korekt pozycji, ewentualnie większego manewru w celu deorbitacji lub odprowadzenia satelity na orbitę cmentarzysko (to dotyczy satelitów geostacjonarnych).

Nie mamy jednak możliwości, by taki satelita mógł łatwo zmieniać orbitę. Na przykład przenieść się z niskiej orbity (LEO), czyli takiej w odległości do maksymalnie 2000 km od Ziemi, na orbity średnie (MEO), które obejmują odległości pomiędzy orbitami LEO i orbitami wysokimi (HEO), w odległości co najmniej 35786 km od Ziemi. Na orbitach MEO znajdują się między innymi satelity nawigacyjne, systemu GPS, Galileo, GLONASS i BeiDou.

Manewr transferu z orbity LEO na MEO, a nawet HEO lub jeszcze dalej, czyli wejście na orbitę prowadzącą na Księżyc, ma stać się możliwy dla satelitów, dzięki nowej generacji platformie satelitarnej jaką planuje Portal Space Systems. I to ma być właśnie ta rewolucja w branży satelitarnej. I tak rodzą się dwa proste pytania - jak i po co?

Supernova - zagadkowy pomysł Portal Space Systems

Supernova to nowa konstrukcja platformy satelitarnej, która wykorzystuje słoneczno-termiczny system napędowy. Cóż to jest? To niestety spora zagadka.

Tajemniczo wyglądający satelita bazujący na platformie Supernova. (fot: Portal Space Systems)

Supernova to na razie bardzo zagadkowy system napędu satelitów. Opisany słowami słoneczno-termiczny. Portal Space Systems nie chce ujawniać jaki będzie to dokładnie mechanizm i jaki materiał pędny będzie zastosowany, choć nie ma się on różnic od już wcześniej stosowanych. Budowane na bazie Supernova satelity mają ważyć 500 kilogramów i być gotowe do 5-letniej pracy w kosmosie.

Wiemy tylko tyle, że napęd zapewni bardzo szybką zmianę prędkości, rzędu 6 km/s, co pozwala zmienić orbitę z niskiej na średnią w ciągu kilku minut, a na geostacjonarną w kilka godzin. Przeniesienie satelity na orbitę wokółksiężycową będzie możliwe w ciągu kilku dni, czyli podobnie jak w przypadku ostatniego lotu Artemis I. Z tego co już wiadomo, nie będzie to raczej rozwiązanie bazujące na teorii węzłów, którą naukowcy chcą zaprząc do obliczeniowego wyboru trajektorii nie wymagających zastosowania paliwa do zmiany orbity. To mimo wszystko sposób, który ogranicza manewrowość pojazdu do ograniczonej liczby tras, a także nie nastawiony na szybkość procedury.

Do czego przyda się duża zdolność manewrowa satelitów?

Supernova ma ułatwić budowę satelitów przeznaczonych do szybkiego reagowania w danym miejscu orbity wokółziemskiej np. w okolicy innego satelity lub wykonania dokumentacji fotograficznej, może też zainspirować inżynierów i konstruktorów do wymyślania satelitów, które wykorzystają możliwość pracy na różnych orbitach. Portal Space Systems zapowiada dumnie 50-krotny wzrost zdolności satelitów do wykonywania manewrów.

Cóż, pozostaje życzyć powodzenia, licząc że nie jest to próba naciągnięcia inwestorów, bo każdy powiew świeżości w branży kosmicznej się dziś przyda. I nie będzie dziwnym, że pierwszym beneficjentem technologii jeśli powstanie okaże się wojsko. A jak już te satelity zaczną latać z jednej orbity na drugą, to pewnie okaże się, że trzeba wprowadzić nowe przepisy ruchu.

Źródło: Portal Space Systems, Space.com, inf. własna