Po 23 latach czynnej służby Landsat-7 zakończył pracę. Jednak NASA zadba o to, by satelita nie nudził się zbytnio na zasłużonej emeryturze. Agencja skierowała staruszka do udziału w bardzo ciekawym eksperymencie.

Landsat-7 to przedstawiciel słynnej rodziny kosmicznych obserwatoriów Ziemi. Trafił na orbitę wiosną 1999 roku, by niecały rok później rozpocząć służbę operacyjną. Sprawował się wzorowo, ale tylko przez dwa lata. W maju 2003 roku awarii uległ jeden z podsystemów Landsata i od tego czasu każdy obraz przesłany na Ziemię był w jednej trzeciej wybrakowany. Dla pozostałych dwóch trzecich danych misję jednak kontynuowano.

W ostatnich latach NASA odnowiła konstelację Landsat, umieszczając w kosmosie dwa zmodernizowane obserwatoria: Landsat-8 (start 2013) i Landsat-9 (start 2021). Po dwóch dekadach pracy uszkodzony Landsat-7 mógł w końcu zostać zluzowany. Oficjalnie stało się to 6 kwietnia 2022, gdy orbitę kosmicznego staruszka obniżono o 8 km. Satelita pozostał przy tym równie (nie)sprawny jak w poprzednich latach. NASA jedynie przełączyła instrumenty w tryb „stad-by”. Kto wie, być może jeszcze przemówią?

Kosmiczny śmieć z pustym bakiem

W pewnym sensie Landsat-7 ma szczęście. W większości przypadków, gdy satelita obserwacyjny kończy swoją służbę, zostaje wyłączony i porzucony. Od tego momentu krąży wokół Ziemi jako kosmiczny śmieć. Z każdym obiegiem planety minimalnie zwalnia i po pewnym czasie wchodzi w gęste warstwy atmosfery. Ulega zniszczeniu. Wszystko dzieje się samoczynnie, siłami natury: sprawę załatwia grawitacja i opór górnych warstw atmosfery. Może to jednak trwać nawet kilkadziesiąt lat, a przez cały ten czas nieaktywny satelita stanowi zagrożenie dla innych obiektów na orbicie.

Częstym powodem zakończenia satelitarnej misji obserwacyjnej jest wyczerpanie pokładowych zapasów paliwa. Kończyło się ono i u Landsata-7. Bez paliwa satelita nie koryguje orbity i zaczyna spóźniać się z obserwacją. Niewiele, bo o kilka sekund na dobę, jednak w perspektywie lat może uzbierać się z tego nawet parę godzin. Z punktu widzenia badań przyrodniczych jest to sytuacja niedopuszczalna. Jak bowiem odróżnić wtedy faktyczną zmianę w środowisku Ziemi od artefaktu wywołanego ewolucją orbity?

A gdyby zabrać satelitę na stację paliw i zatankować? Po takim odświeżeniu satelita utrzymywałby stabilną orbitę dłużej i pozostałby w czynnej służbie przez kolejne lata. Oszczędzamy steki milionów dolarów na budowie następcy. Ostatnią porcję dodatkowego paliwa można również zarezerwować na manewr samobójczy – kontrolowane zepchnięcie satelity w atmosferę. W ten sposób pozbywamy się kosmicznego śmiecia i eliminujemy ryzyko kolizji z innymi obiektami. Jedno tankowanie rozwiązałoby wiele problemów.

Tankowanie na zamówienie

Niestety, w kosmosie nie ma stacji benzynowych. Sprowadzenie satelity na ziemię, zatankowanie i ponowne wystrzelenie jest technicznie możliwe (historia zna takie przypadki!), ale ekonomicznie wątpliwe. Taniej zbudować nowe obserwatorium od zera.

Istnieje jeszcze jedna ewentualność: wysłanie satelity-tankowca w kosmos. Co ciekawe, misje o takim charakterze już się odbywały. Dwie zrealizowała firma Northrop Grumman i obydwie były przedsięwzięciami czysto komercyjnymi. W 2020 roku satelita Mission Extension Vehicle-1 (MEV-1) dotarł na orbitę geostacjonarną (36 tyś. km nad powierzchnią Ziemi) i połączył się z satelitą telekomunikacyjnym Intelsat 901. Rok później analogiczny manewr w stosunku do Intelsata 10-02 wykonał MEV-2. Dla ścisłości: MEV jedynie połączyły się z satelitami-celami i na stałe przejęły rolę dodatkowego (zewnętrznego) modułów napędowego. Nie podpinały się do systemu paliwowego Intelsatów, nie przetoczyły na ich pokład ani kropli paliwa.

Pełnoprawnego tankowania dokonało natomiast amerykańskie wojsko, konkretnie agencja DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) w ramach projektu Orbital Express. W 2007 roku wojskowi umieścili na orbicie dwa obiekty. Większy (ASTRO) pełnił rolę kosmicznej cysterny, z której paliwo przetoczono do mniejszego NEXTSat. Obydwa obiekty skonstruowano specjalnie na tę okazję i po wykonaniu zadania spłonęły w atmosferze.

NASA chce do pewnego stopnia powtórzyć sukces Orbital Express, z tą różnicą, że na sukcesie Agencji skorzystają wszyscy – NASA jest podmiotem cywilnym i opracowane technologie oddaje w ręce przemysłu, by w ten sposób stymulować rozwój sektora kosmicznego w USA. Wojsko swoje sekrety zachowuje dla siebie. Wzorem Orbital Express NASA zakłada reanimację satelity na niskiej orbicie, tj. między 400 km a 800 km (to pułap na jakim operuje większość kosmicznych obserwatoriów Ziemi). Jednak do życia przywrócony będzie „prawdziwy” satelita, a nie obiekt testowy. Wybór padł na… Landsata-7.

Powyżej: Tak w założeniu miałoby wyglądać połączenie OSAM-1 z Landsatem-7.

Trudnego zadania podejmie się On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing 1 (OSAM-1), satelita budowany przez firmę SSL, część holdingu Maxar Technologies. Pierwotnie wyłącznym celem przedsięwzięcia było zbliżenie się do Landsata, obfotografowanie go, przechwycenie, zatankowanie i porzucenie. Decyzją NASA ten ambitny plan uległ kłopotliwej modyfikacji.

Kłopotliwy pająk

Agencja zapragnęła zaopatrzyć OSMA-1 w Pająka – robotyczny manipulator SPIDER (Space Infrastructure Dexterous Robot). Jego zdaniem będzie zmontowanie w pełni funkcjonalnej anteny komunikacyjnej. Dotąd tego typu prace wykonywali astronauci, zdolni ad hoc reagować na wszelkie nieprzewidziane sytuację. Czy zdalnie sterowany robot wyręczy człowieka? Warto to sprawdzić, jednak czy akurat przy okazji misji serwisowej do Landsata – to już budzi kontrowersje. Dlaczego?

Jeszcze przed pojawieniem się SPIDER projekt OSAM-1 zmagał się z trudnościami. Zaliczał kolejne opóźnienia i nadwyrężał budżet NASA. Dość powiedzieć, że data startu przesunęła się z roku 2020 na 2025, a prace pochłonęły już ponad miliard dolarów, choć początkowo szacowano je na około 620 milionów. Niemniej w chwili, gdy NASA decydowała o rozszerzeniu misji o manipulator, w tunelu było już widać światełko. Jedynym nierozwiązanym zagadnieniem pozostawał system nawigacji optycznej OSAM-1.

Tymczasem SPIDER przyniósł ze sobą swoje własne bolączki (dokładnie: pięć nowych „wyzwań technologicznych”, jak ładnie nazywa to NASA). Frustracja części inżynierów jest więc zrozumiała. Opracowali metodę tankowania na orbicie, zaprojektowali stosowne narzędzie i z powodzeniem je przetestowali. Część testów wykonano nawet na orbicie, w kontrolowanym środowisku Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (lata 2013-2017). A teraz ktoś ładuje im się na satelitę z manipulatorem, który z tankowaniem nie ma nic wspólnego.

Czujne oko audytorów

SPIDER, choć sam w sobie cudo techniki, stał się dla OSAM-1 piątym kołem u wozu. Przede wszystkim zwiększył ryzyko dalszych opóźnień, podobnie jak i zasilił obawy przed kolejnymi nieplanowanymi wydatkami.

Audytorzy NASA dostrzegają tę komplikację. Gdy w ich ocenie zakończenie prac w ramach przyznanych środków będzie nierealne, a dosypywanie kolejnych milionów z sakiewki NASA nieuzasadnione, bez skrupułów zarekomendują anulowanie prac. SPIDER uziemi misję OSAM-1, a więc i jej główny cel: reanimację Landsata-7.

Oficjalnie, jak na razie wszystko idzie zgodnie z (opóźnionym) planem i Agencja zapewnia, że Landsata-7 za kilka lat odwiedzi niecodzienne gość. Jeśli faktycznie tak się stanie, będziemy świadkami niecodziennego odwrócenia ról: satelita zbudowany z myślą o obserwacjach (Landsat) sam stanie się celem obserwacji (przez OSAM-1). Co zobaczymy na zdjęciach z eksperymentalnego kosmicznego roboto-tankowca, to już zupełnie inna historia…