Genbrug af satellit kan ændre rumfarten
I februar vendte en udtjent satellit tilbage til aktiv tjeneste, og dette første forsøg på at genbruge satellitter kan efterhånden komme til at ændre den måde, vi driver rumfart på.
restore nasa opfyldninger rumfart astronomi satellit

Illustration af NASA's genopfyldningssatellit Restore-L i gang med at genoptanke en satellit med brændstof. Restore er udstyret med robotarme, der, udover at kunne genoptanke i satelitter, også kan foretage reperationer. (Illustration: NASA) 

Illustration af NASA's genopfyldningssatellit Restore-L i gang med at genoptanke en satellit med brændstof. Restore er udstyret med robotarme, der, udover at kunne genoptanke i satelitter, også kan foretage reperationer. (Illustration: NASA) 

Satellitten Intelsat 901 har siden 2001 passet sin opgave som kommunikationssatellit for især Europa og derved samtid tjent en pæn sum penge til ejerne af satellitten.

Intelsat 901 havde fået tildelt en plads i den såkaldte geostationære bane 36.000 km over ækvator.

I denne bane er omløbstiden netop et døgn, og det betyder, at satellitterne derfor altid vil hænge stille over samme punkt på Jorden. Det er en meget overfyldt bane med flere hundrede satellitter, så derfor er det vigtigt præcist at kunne holde den tildelte plads – og det kræver styrebrændstof.

Efter 19 års tro tjeneste var Intelsat 901 ved at løbe tør styrebrændstof, og derfor blev den sendt til den såkaldte kirkegårdsbane et par hundrede kilometer over selve den geostationære bane.

Det er en slags elefantkirkegård for gamle satellitter, der herude ikke løber nogen risiko for at støde sammen med en af de (alt for) mange satellitter i den geostationære bane.

Men Intelsat 901 er nu blevet den første satellit, der har fået mulighed for at forlade kirkegårdsbanen og vende tilbage til aktiv tjeneste, måske helt frem til 2025.

Og den teknik, der er anvendt, kan måske komme til at ændre rumfarten helt.

Om artiklens forfattere

Helle og Henrik Stub er begge cand.scient'er fra Københavns Universitet i astronomi, fysik og matematik.

I snart 50 år har parret beskæftiget sig med at formidle astronomi og rumfart gennem radio, fjernsyn, bøger og foredrag og kurser.

De står bag bøgerne 'Det levende Univers' samt 'Rejsen ud i rummet - de første 50 år' og skriver om aktuelle astronomiske begivenheder for Videnskab.dk, hvor de går under kælenavnet 'Stubberne'.

Redningen hedder MEV-1

Nu er Intelsat 901 nemlig blevet koblet sammen med en helt ny type satellit. Den hedder Mission Extension Vehicle, eller MEV-1, og er bygget af det amerikanske firma Northrop Grumman.

MEV-1 blev opsendt med en russisk Proton-raket i oktober, og den har siden da gradvist manøvreret sig nærmere og nærmere Intelsat 901 ude i kirkegårdsbanen.

MEV-1 har en meget effektiv ionmotor, der måske ikke er særlig kraftig, men til gengæld heller ikke bruger meget brændstof.

MEV-1 nåede frem til Intelsat 901 5. februar, men holdt sig i første omgang i pæn afstand, så man havde god tid til at planlægge selve sammenkoblingen.

Da MEV-1 var nået ned på en afstand af bare 50 meter, skiftede den fra ionmotor til en mere kraftig kemisk drevet raketmotor. Derefter blev en særlig sonde skubbet ind i dysen på Intelsats store raketmotor – det var den eneste mulighed, da satellitten aldrig har været bygget til sammenkobling.

Nu er de så koblet sammen, og MEV-1 kan derfor helt overtage styringen med sin ionmotor, som har masser af brændstof. 

Første opgave er at vende tilbage til den geostationære bane næsten 300 km nærmere Jorden. Samtidig skal Intelsat 901 flyttes hen til en ny position over Atlanterhavet på 27,5 graders vestlig længde, ligesom banehældningen skal justeres, så den igen flyver præcist over ækvator.

Se her, hvordan planen for sammenkobling af MEV-1 og Intelsat 901 ser ud. (Video: Northrop Grumman)

Her skal den nu blive i fem år, indtil MEV-1 igen sender den op til kirkegårdsbanen og siger pænt farvel, inden den flyver hen til en anden satellit, som også kunne trænge til lidt hjælp med at holde sig på plads.

Genbrug af satellitter kræver økonomisk overvejelse

I de stadig mere overfyldte baner omkring Jorden vil det naturligvis være en stor fordel, hvis man kan nedsætte antallet af nye satellitter ved at genbruge de gamle.

Det her nævnte forsøg er naturligvis et vigtigt skridt i denne retning, men der er nogle rent økonomiske problemer.

MEV-1 har en masse på 2.326 kg, og en satellit af denne størrelse er ganske dyr at opsende. For at pengene skal passe, skal den satellit, som skal have forlænget livet, derfor have mulighed for at indtjene et beløb, der overstiger prisen for en optankningssatellit. 

Og her er den typiske pris for en stor kommunikationssatellit omkring 300 millioner dollar. De er normalt beregnet til at virke i 15 år, hvilket er til nok til, at de kan tjene sig selv ind og samtidig give et pænt overskud, selv om en opsendelse koster op mod 100 millioner dollar (dog er prisen faldende).

rumfart esa NASA

De satellitter, det kan betale sig at optanke, vil normalt være ganske store, med en vægt på flere ton. Små satellitter er så billige at opsende, at det slet ikke kan betale sig at optanke dem. (Illustration: ESA)

En hurtig udregning viser, at det er nødvendigt, at en kommunikationssatellit mindst kan indtjene et sted mellem 25 og 30 millioner dollar om året, så en forlængelse af levetiden med fem år fra 15 til 20 år giver en ekstra indtægt på mindst 150 millioner dollar. 

Sandsynligvis er indtægten per år fra en kommunikationssatellit langt større end det minimumsbeløb, vi har angivet. Der er derfor mulighed for, at en forlængelse af levetiden med fem år kan give overskud, selv om det ikke er helt billigt at få besøg af en optankningssatellit som MEV-1. 

De satellitter, det kan betale sig at optanke, vil normalt være ganske store med en vægt på flere ton. Med en masse på 4.723 kg opfylder Intelsat 901 klart kravet til optankning. Små satellitter er så billige at opsende, at det slet ikke kan betale sig at optanke dem.

Ude i den geostationære bane er der mange store satellitter. De skal ofte kunne sende direkte til private modtagere, og det kræver store antenner, kraftige sendere og store solpaneler, og disse krav kan kun opfyldes af store og tunge satellitter. Så der er et marked, selv om det ikke er ubegrænset stort.

Robotarme er fremtiden

NASA er allerede ved at tage det næste skridt, som er at udstyre en optankningssatellit med robotarme.

NASA's satellit hedder Restore, hvilket betyder genoprette. Ved at udstyre en Restore-satellit med robotarme opnår man fire store fordele:

  • Det bliver muligt at foretage egentlige reparationer, såsom at udskifte defekte moduler.
  • Med robotarme kan man opbygge store strukturer som antenner, der kan påmonteres en allerede opsendt satellit. Store antenner har altid været notorisk vanskelige at folde sammen, så de kan være i næsen på en raket.
  • Det bliver muligt at lirke en antenne eller et solpanel på plads, som ikke er foldet korrekt ud efter opsendelsen, hvilket ellers kunne gøre en satellit totalt uanvendelig.
  • Det bliver muligt at optanke satellitter, som slet ikke er beregnet til at optankes.

Robotarme har i de sidste par år gennemgået en betydelig teknisk udvikling, og man har fået en god erfaring med at bruge dem, især på rumstationen ISS, hvor de løser en masse opgaver, som ellers ville have krævet, at en astronaut skulle på rumvandring.

Gammel satellit bliver prøvekanin

NASA regner med, at Restore-satellitten er klar til opsendelse senest 2022.

Den første opgave bliver at optanke satellitten Landsat 7, der blev opsendt 1999 med den opgave at observere Jorden. Det vil blive en udfordring for robotarmene på Restore.

Den 2 tun tunge og 4 meter lange Landsat 7 kredser i en såkaldt solsynkron bane 700 km over Jorden, og på grund af den forholdsvis lave bane er det ikke vanskeligt for Restore at nå frem til satellitten.

landsat 7 rumfart satellit genopfyldning

Landsat 7-satelitten er opsendt i 1999, hvor man ikke forestillede sig, at satelitter skulle optankes ude i rummet. Det er derfor en svær opgave at få den genoptanket. (Illustration: NASA)

Men i dette tilfælde er det at flyve hen til satellitten den mindste del af opgaven. Landsat er jo en temmelig gammel satellit, og det betyder, at den blev bygget på et tidspunkt, da man ikke kunne forestille sig, at en satellit kunne blive optanket ude i rummet – og det gør den til en vanskelig kunde for en optankningssatellit, men til gengæld er Landsat en god satellit at øve sig på.

Styrebrændstoffet for Landsat er hydrazin, og i bedste mening sørgede man i sin tid for at pakke tanken med hydrazin godt ind, blandt andet i varmeisolerende tæpper, der skulle sørge for, at hydrazinen hele tiden havde den korrekte temperatur. De ventiler, der var brugt til at fylde tanken før opsendelsen, er også godt og grundigt lukkede.

Så Restore skal først klippe sig gennem tæpperne – dog uden at ødelægge dem, da de jo skal monteres igen for temperaturkontrol. Derefter skal robotarmen med særligt værktøj skrue ventilen op og pumpe 115 kg hydrazin over til den tomme tank. Det er i sig selv noget af en udfordring, da brændstoffet jo er vægtløst og ikke bare pænt lægger sig på bunden af tanken.

Hele proceduren er vist på denne video:

Se animationen her, hvor Restore optanker satelitten Landsat 7. (Video: NASA)

Nu er Landsat 7 kun en af de mange 'besværlige kunder', for man havde jo slet ikke tænkt på at bygge satellitter, som let kunne optankes og repareres ude i rummet af avancerede robotter. Den eneste anden løsning er at påmontere en ekstra motor, som tilfældet er med Intelsat 901, men det er en forholdsvis dyr løsning.

Fingrene væk! Russisk satellit kom lovligt tæt på amerikansk

MEV-1 og Restore er eksempler på en ny type satellitter, som kan opsøge andre satellitter ude i rummet. De har jo ganske fredelige og agtværdige formål, men det kunne jo også tænkes, at målet ikke var at hjælpe, men tværtimod at spionere eller ligefrem ødelægge satellitter.

Amerikanerne har allerede opsendt et par satellitter, som flyver rundt i den geostationære bane, for at holde lidt øje med hvad der egentlig foregår derude i rummet.

Man kan lære en hel del om en satellits opgaver med nogle gode nærbilleder, som man med en god telelinse godt kan tage over en afstand på adskillige kilometer.

Men her er reglen: Nok se – men kom ikke for tæt på. Amerikanerne er for tiden noget knotne over den russiske satellit Kosmos 2542, som blev opsendt i november 2019 fra Plesetsk basen i det nordlige Rusland.

Den gik ind i en polarbane 370-860 km over Jorden, og det var der ikke noget unormalt ved.

Det eneste lidt usædvanlige var, at det officielt blev sagt, at en af dens opgaver var at overvåge russiske satellitter ude i rummet for 'at fastslå deres tilstand'.

Men så blev banen gradvist ændret en smule, så den i betænkelig grad kom til at ligne banen for den amerikanske spionsatellit USA 245, der blev opsendt i 2013 – og i januar var Kosmos kommet mindre end 300 km fra den amerikanske satellit.

Det er skam ikke spor ulovligt, men amerikanerne vil meget nødigt have russiske satellitter til at tage alt for gode billeder af de teleskoper, der er på USA 245, og som afslører, hvor små detaljer den kan se på Jorden.

restore nasa opfyldninger rumfart astronomi satellit

En illustration af Restore-L (til højre) ved at servicere sin første kunde. (Illustration: NASA)

Amerikanerne har i den grad ladet russerne vide, at de ved, hvad der foregår, men ellers er der ikke sket noget – og det gør der heller ikke.

Ingen ønsker den konflikt, der kan opstå, hvis et land åbenlyst søger at pille ved et andet lands satellitter.

Skal det gøres, vil det ske meget mere diskret med hacking fra Jorden, der kan få det til at se ud, som om satellitten bare har et teknisk problem. Men det er en farlig leg, som kan have store politiske konsekvenser, hvis man bliver afsløret.

Den største fare er i virkeligheden, at en militær satellit en dag bliver sat ud af spillet ved sammenstød med et lille stykke rumskrot – og at dette uheld så bliver fortolket som et angreb.

Fremtidens satellitter kan genoptankes og repareres

Det er sandsynligt, at i hvert fald store og dyre satellitter fremover vil blive bygget, så det bliver let for en optankningssatellit at udføre sine opgaver.

Man kan også forestille sig, at satellitterne, i det omfang det er muligt, bliver mere modulopbyggede, så det er let at udskifte et defekt modul.

Men med den stadig større opfyldning af rummet omkring Jorden, vil industrien nok i løbet af en overskuelig fremtid blive mødt med et stadig større krav om genbrug.

Optanknings- og reparationssatellitter vil derfor blive en stadig vigtigere del af fremtidens rumfart. 

Videnskab.dk Podcast

Lyt til vores seneste podcast herunder eller via en podcast-app på din smartphone.


Se den nyeste video fra Tjek

Tjek er en YouTube-kanal om videnskab, klima og sundhed henvendt til unge.

Indholdet på kanalen bliver produceret af Videnskab.dk's Center for Faglig Formidling med samme journalistiske arbejdsgange, som bliver anvendt på Videnskab.dk.