На сегодняшний день в большинстве систем космических миссий используются космические корабли, предназначенные для независимого выполнения всей миссии. Будь то метеорологический спутник или пилотируемый модуль, такой как «Аполлон», почти каждый космический корабль был развернут и выполнил свою уникальную миссию в одиночку.
Но сегодня космические компании изучают миссии, в которых задействовано множество спутников, работающих вместе. Например, группировка Starlink компании SpaceX включает в себя тысячи спутников. А новые космические корабли вскоре смогут соединяться или взаимодействовать с другими спутниками на орбите для выполнения ремонта или дозаправки.
Некоторые из этих космических аппаратов уже находятся в эксплуатации и используются заказчиками, например, Mission Extension Vehicle компании Northrop Grumman. Этот космический корабль продлил срок службы нескольких спутников связи.
Эти новые варианты конструкции и орбитальные возможности делают космические миссии более похожими на крупномасштабные логистические операции на Земле.
Мы исследователи, которые годами изучают космическую отрасль. Мы рассмотрели, как космический сектор может поучиться у таких компаний, как Amazon и FedEx, когда дело доходит до управления сложными автопарками и координации операций.
Уроки сети наземного транспорта
Планировщики космических миссий планируют свои маршруты для эффективной доставки полезного груза на Луну или Марс или на орбиту, принимая во внимание затраты, сроки и мощности. Однако, когда им необходимо координировать совместную работу нескольких космических кораблей, планирование маршрута может усложниться.
Местные логистические компании каждый день решают подобные проблемы и перевозят товары и товары по всему земному шару. Таким образом, исследователи могут изучить, как эти компании управляют своей логистикой, чтобы помочь космическим компаниям и агентствам понять, как успешно планировать свои миссии.
В начале 2000-х годов в исследовании, финансируемом НАСА, возникла идея моделирования операций космической логистики. Эти исследователи рассматривали орбиты или планеты как города, а соединяющие их траектории — как маршруты. Они также считали товарами полезную нагрузку, расходные материалы, топливо и другие предметы, подлежащие перевозке.
Такой подход позволил им переосмыслить проблему космических полетов как проблему товаропотоков – вопрос, с которым постоянно сталкиваются наземные логистические компании.
Уроки наземной логистической инфраструктуры
Новые способы дозаправки и ремонта космических кораблей на орбите создают новые возможности, но также и проблемы.
Космические операторы обычно не знают, какой спутник выйдет из строя следующим и когда это произойдет. Чтобы эти новые технологии были полезными, разработчикам космических миссий необходимо будет разработать систему инфраструктуры. Это могло бы выглядеть как парк служебных транспортных средств и складов в космосе, способных быстро реагировать на непредвиденные события.
К счастью, планировщики космических миссий могут извлечь уроки из операций на земле. Городские планировщики и организации по реагированию на чрезвычайные ситуации учитывают подобные проблемы при принятии решения о том, где разместить больницы или пожарные части. Они также учитывают способность этих учреждений реагировать на непредсказуемые вызовы служб экстренной помощи.
Можно провести аналогию между проектированием наземной логистической системы и проектированием системы обслуживания космического пространства. Таким образом, исследователи могут использовать теории, разработанные для наземной логистики, для улучшения практики проектирования космических миссий.
В исследовании, опубликованном в ноябре 2020 года, была разработана основа обслуживания космических кораблей на орбите с использованием того, что эксперты по логистике называют теорией пространственного массового обслуживания. Исследователи чаще всего используют эту теорию моделирования для анализа эффективности наземной логистической системы.
Уроки управления наземными хранилищами
В прошлом отдельные космические корабли выполняли свои миссии независимо друг от друга. Поэтому, если спутник выйдет из строя, инженерам миссии придется разработать и отправить замену.
Сегодня для многоспутниковых миссий, таких как группировка спутников Iridium, операторы часто держат на орбите один или несколько резервных спутников.
Это усложняется в созвездиях с сотнями или тысячами космических аппаратов. Планировщики миссий хотят убедиться, что у них на орбите достаточно резервных спутников, чтобы в случае поломки спутника им не пришлось прерывать миссию. Но отправка слишком большого количества спутников на замену обойдется дорого.
В таких крупномасштабных группировках планировщики миссий могут учиться на методах Amazon и других наземных компаний, которые используют их для управления своими складами. Amazon создает эти склады в определенных местах и снабжает их определенными товарами, чтобы обеспечить эффективную доставку.
Теории управления запасами на местах могут помочь космическим компаниям преодолеть эти проблемы.
В исследовании, опубликованном в ноябре 2019 года, был разработан подход, который космические компании могли бы использовать для управления своими стратегиями замены спутников. Этот подход может помочь им решить, где на орбите развернуть резервные спутники для удовлетворения своих потребностей, сводя при этом к минимуму любые перебои в обслуживании.
Международные измерения
Космические аппараты работают в сложной и быстро меняющейся среде. Операторам необходимо знать, где работают другие миссии и какие правила они должны соблюдать при дозаправке или ремонте в космосе. Однако в космосе эти правила еще никто не определил.
Корабли, самолеты и наземные транспортные средства подчиняются четким правилам дорожного движения при взаимодействии с другими транспортными средствами. Например, гражданские корабли и самолеты должны сообщать свое местоположение другим транспортным средствам и должностным лицам, чтобы направлять движение.
Некоторые исследователи изучают, как подобные правила могут выглядеть для космоса. В одном исследовании изучалось, как разработка правил, основанных на размере, возрасте или других характеристиках космического корабля, может помочь будущим космическим операциям проходить более гладко. Например, правило может заключаться в том, что космический корабль, запущенный последним, должен взять на себя ответственность за маневрирование, если на его пути находится другой аппарат.
Сегодня, когда запускается больше спутников и космических аппаратов, чем когда-либо прежде, компаниям и правительственным учреждениям нужны новые технологии и политика для их координации. Поскольку космическая деятельность становится более сложной, исследователи могут продолжать применять то, что они узнали на земле, для новых космических миссий.
Информация от: Разговором
