Polski wielozadaniowy statek kosmiczny będzie serwisował i chronił satelity

PIAP Space, jako lider międzynarodowego konsorcjum, rozwija na zlecenie Europejskiej Agencji Kosmicznej wielozadaniowego satelitę, który docelowo będzie wykonywał złożone manewry wokół innych satelitów, wykonywał identyfikację wizualną, transportował, a nawet je serwisował. Projekt odpowiada na rosnącą potrzebę rozwoju autonomicznych operacji na orbicie, wynikającą z gwałtownego wzrostu liczby satelitów. Coraz bardziej potrzebna staje się także ochrona infrastruktury kosmicznej na orbicie, w tym na potrzeby Ministerstwa Obrony Narodowej.

Przez ponad sześćdziesiąt lat działalność satelitów wyglądała podobnie. Po wyniesieniu na orbitę wykonywały swoją misję do momentu wyczerpania paliwa lub awarii, po czym pozostawały w przestrzeni kosmicznej jako nieaktywne obiekty lub były deorbitowane w niekontrolowany sposób. Wraz z gwałtownym wzrostem liczby satelitów oraz rosnącym znaczeniem infrastruktury orbitalnej stało się jasne, że potrzebna jest zmiana w dotychczasowym podejściu. Niezbędne stają się systemy, które potrafią nie tylko dotrzeć na orbitę, ale również samodzielnie przemieszczać się między innymi satelitami, wykonywać ich inspekcję, transportować ładunki, a w przyszłości także realizować operacje serwisowe czy wspierać bezpieczeństwo infrastruktury kosmicznej, czyli serwisowe statki kosmiczne.

Wizualizacja manewrów podczas serwisowania satelitów | źródło: PIAP Space

Z tego właśnie powodu Komisja Europejska, Europejska Agencja Kosmiczna, jak również agencje kosmiczne krajów członkowskich UE od kilku lat intensywnie inwestują w technologie In-Orbit Servicing (IOS) oraz Rendezvous and Proximity Operations (RPO). Są one uznawane za jedne z najważniejszych kierunków rozwoju przyszłych misji orbitalnych. Technologie tego typu obejmują wszystkie operacje wymagające autonomicznego wykonywania manewrów w pobliżu innych obiektów znajdujących się na orbicie. RPO oznacza zdolność do precyzyjnego zmieniania orbity, bezpiecznego zbliżania się do innego obiektu, wykonywania zobrazowań, a wraz z dodaniem systemów robotycznych w kolejnych etapach również dokowania, przechwytywania, transportu, tankowania czy prowadzenia operacji serwisowych.

Serwisowy statek kosmiczny RAVEN

Takie będzie zadanie serwisowego statku kosmicznego, którego robocza nazwa to RAVEN (Rendezvous and Autonomous Vehicle for Exploration and Navigation), rozwijanego w ramach programu Future Launchers Preparatory Programme (FLPP) Europejskiej Agencji Kosmicznej. Program zakłada rozwój przyszłych europejskich systemów transportu kosmicznego i logistyki orbitalnej. Co istotne, polski wkład finansowy do FLPP (w ramach składki do Europejskiej Agencji Kosmicznej) jest znaczący, a większość wniesionych środków jest dedykowana na realizację tego właśnie serwisowego statku kosmicznego.

Międzynarodowe konsorcjum

Liderem międzynarodowego konsorcjum realizującego projekt jest warszawska spółka PIAP Space, a w jego skład wchodzą również inne polskie podmioty, takie jak Creotech Instruments S.A., Łukasiewicz – Instytut Lotnictwa, GMV Polska, Wojskowa Akademia Techniczna, czy AROBS Polska, słowacka Space Scavengers i czeska ZAITRA. Projekt realizowany jest przy wsparciu instytucjonalnym i merytorycznym Polskiej Agencji Kosmicznej (POLSA), Ministerstwa Rozwoju i Technologii oraz Ministerstwa Obrony Narodowej.

Wieloetapowy rozwój technologii i opracowanie misji

Program budowy serwisowego statku kosmicznego zakłada wieloetapowy rozwój technologii i opracowanie samej misji. Obecnie projekt znajduje się w fazie B1, obejmującej szczegółową definicję pierwszej misji demonstracyjnej. Pierwsza misja orbitalna (DEMO I), planowana na 2029 rok, koncentruje się na walidacji najważniejszych technologii. Demonstrator wykona między innymi zmianę orbity, manewry fazujące, operacje w bliskiej odległości od innych obiektów oraz wesprze operatora w kontrolowanej deorbitacji.

Cały program składa się z trzech misji, każda kolejna będzie rozszerzana o dodatkowe funkcjonalności. Powstaną trzy architektury statków kosmicznych prezentujące technologie z grupy RPO i robotyki. W szerszej perspektywie rozwiązania te będą stanowiły podstawę dla rozwoju usług logistycznych w kosmosie oraz działań związanych z bezpieczeństwem i ochroną satelitów na orbicie. Te ostatnie obejmują zarówno prewencję, jak i aktywne „odstraszanie” niechcianych gości.

Źródło: PIAP Space

Budowanie polskich kompetencji kosmicznych

– RAVEN, czyli polski serwisowy statek kosmiczny, to dla nas znacznie więcej niż pojedyncza misja demonstracyjna. To program, w ramach którego budujemy w Polsce kompetencje pozwalające samodzielnie rozwijać technologie przyszłej logistyki orbitalnej, serwisowania i ochrony satelitów. Dziś infrastruktura kosmiczna ma bezpośrednie znaczenie dla gospodarki, komunikacji i bezpieczeństwa państw, dlatego Europa musi posiadać własne zdolności do jej inspekcji, utrzymania i ochrony. Chcemy, aby program stał się jednym z fundamentów takich europejskich zdolności, a Polska była nie tylko użytkownikiem technologii kosmicznych, ale również ich istotnym dostawcą – podkreśla Sergiusz Sawin, CEO PIAP Space.

Możliwość bezpiecznego wykonywania operacji w pobliżu innych obiektów jest dziś uznawana za jeden z kluczowych elementów budowy odpornej infrastruktury kosmicznej. Technologie RPO znajdują zastosowanie nie tylko w logistyce orbitalnej, ale również w inspekcji satelitów, monitorowaniu ich stanu technicznego, usuwaniu nieaktywnych obiektów oraz zwiększaniu bezpieczeństwa infrastruktury znajdującej się na orbicie.

Transport kosmiczny i robotyki orbitalnej

Projekt firmy PIAP Space jest jednym z najbardziej zaawansowanych przedsięwzięć realizowanych obecnie przez polski sektor kosmiczny. Łączy kompetencje przedsiębiorstw, instytutów badawczych oraz administracji publicznej, tworząc fundament pod rozwój krajowych technologii transportu kosmicznego, robotyki orbitalnej oraz autonomicznych operacji na orbicie.

– To przedsięwzięcie o dużej skali – 8 podmiotów, z których każdy wnosi unikalne kompetencje, pracuje synchronicznie z pełnym zaangażowaniem. Warto podkreślić, że nawet klasyczny satelita realizujący pojedyncze zadanie stanowi złożony system. Wielozadaniowy statek serwisowy to konstrukcja o niespotykanym stopniu złożoności, która musi utrzymać pełną niezawodność w nieprzyjaznym środowisku kosmicznym. Sam zespół PIAP Space, realizujący projekt RAVEN od początku fazy B1, powiększył się czterokrotnie. Dzięki tej działalności pozyskujemy wyjątkowe talenty i systematycznie poszerzamy polskie kompetencje w zakresie projektowania, analiz misji i operacji satelitarnych – podkreśla Mateusz Krawczak, Project Manager PIAP Space.

– Zespół inżynierów PIAP Space jest odpowiedzialny za projekt całej misji, co oznacza nie tylko projekt samego statku, ale również wymagania, których misja musi dotrzymać, koncepcję operacji na orbicie i segment naziemny, z którego pomocą realizowana jest łączność ze statkiem oraz dowodzenie operacjami – podkreśla Krystyna Macioszek, System Engineer w PIAP Space

Technologie rozwijane z europejskimi integratorami systemów kosmicznych

Równolegle PIAP Space rozwija technologie robotyczne przeznaczone do operacji orbitalnych, współpracując z największymi europejskimi integratorami systemów kosmicznych, takimi jak Thales Alenia Space i ArianeGroup, w ramach programu ISOS4I (In-Space Operations and Services for Infrastructure) finansowanego przez Komisję Europejską.
Jest to jedno z najważniejszych europejskich przedsięwzięć w obszarze serwisowania satelitów i logistyki orbitalnej. W realizowanych projektach kluczową rolę odgrywają technologie rozwijane przez PIAP Space, w tym robotyczny chwytak LARIS, który umożliwi bezpieczne uchwycenie satelity klienta i wykonanie operacji takich jak, serwisowanie czy tankowanie.

Spółka rozwija również technologie robotyczne przeznaczone do misji planetarnych, obejmujące manipulatory, efektory końcowe, czujniki siły i momentu oraz rozwiązania wspierające przyszłe misje księżycowe i marsjańskie.