Lực lượng Không gian Hoa Kỳ đang chuẩn bị phóng nhiều tàu vũ trụ lên quỹ đạo địa tĩnh vào năm 2027 nhằm thực hiện hai cuộc trình diễn dịch vụ trên quỹ đạo riêng biệt: một thử nghiệm tiếp nhiên liệu cho vệ tinh và một thử nghiệm khả năng tàu bảo trì kết nối và điều khiển một vệ tinh khác.
Trong sứ mệnh phóng có tên USSF-23, Lực lượng Không gian sẽ triển khai tàu chuyển nhiên liệu do Astroscale Hoa Kỳ chế tạo, trạm chứa nhiên liệu do Orbit Fab phát triển và “tàu kéo không gian” bảo trì từ Starfish Space. Các tàu vũ trụ này sẽ trình diễn những gì Lực lượng Không gian gọi là công nghệ bảo trì, cơ động và hậu cần – một nhóm công nghệ mà nhiều nhà lãnh đạo quân sự đánh giá là cần thiết.
Khi quân đội Mỹ ngày càng chú trọng vào khả năng cơ động và khả năng sống sót trên quỹ đạo, các quan chức đang xem xét liệu tàu vũ trụ có thể được bảo trì, tái định vị và tiếp nhiên liệu giống như máy bay hay tàu thủy hay không. Liệu các dịch vụ như vậy có khả thi về mặt thương mại hay không vẫn còn là một câu hỏi bỏ ngỏ.
Đại tá Scott Carstetter, người đứng đầu văn phòng bảo trì, cơ động và hậu cần tại Bộ Tư lệnh Hệ thống Không gian, cho biết đơn vị của ông đã dành ba năm qua để nghiên cứu liệu một thị trường khả thi có thể hình thành xung quanh lĩnh vực hậu cần quỹ đạo hay không.
Chính phủ Mỹ đã làm việc với ngành công nghiệp để “hiểu họ đang ở đâu, tầm nhìn của họ cho tương lai là gì, và tìm hiểu liệu các công nghệ này có thể trở thành mảng kinh doanh của họ hay không,” Đại tá Carstetter nói với các phóng viên ngày 20/5. Câu hỏi then chốt, theo ông, là liệu các dịch vụ này cuối cùng sẽ trở thành khả năng do khu vực tư nhân cung cấp “hay chính phủ sẽ phải là người dẫn đầu trong một số lĩnh vực này.”
Để trả lời các câu hỏi này, văn phòng của Đại tá Carstetter cho đến nay đã tài trợ cho hai cuộc trình diễn.
Trình diễn tiếp nhiên liệu trên quỹ đạo
Một trong những cuộc trình diễn này sẽ là lần tiếp nhiên liệu thương mại đầu tiên trên quỹ đạo cho một tài sản của Lực lượng Không gian Hoa Kỳ.
Tàu vũ trụ của Astroscale, có tên Provisioner, là phương tiện nặng khoảng 300 kg được trang bị bình chứa hydrazine có thể nạp lại, được thiết kế để chuyển nhiên liệu cho các vệ tinh trên quỹ đạo. Tàu được phát triển theo thỏa thuận với Lực lượng Không gian vào tháng 9/2023, bao gồm 25,5 triệu đô la tài trợ từ chính phủ cùng với khoảng 12 triệu đô la từ Astroscale.
Provisioner sẽ cố gắng tiếp nhiên liệu cho hai vệ tinh khách hàng có tên Tetra-5, đang được phát triển theo một chương trình riêng do Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Không quân quản lý. Sau đó, tàu bảo trì sẽ nạp lại nhiên liệu cho chính mình từ trạm chứa của Orbit Fab được xây dựng trên nền tảng lưu trữ của Impulse Space. Orbit Fab đã phát triển trạm chứa này theo hợp đồng trị giá 13,3 triệu đô la được Đơn vị Đổi mới Quốc phòng trao thầu vào năm 2022.
“Một khi chúng tôi phóng tất cả các phương tiện này, tàu bảo trì sẽ đầu tiên kết nối với tàu Tetra-5 và tiếp nhiên liệu cho nó. Sau đó quay trở lại trạm chứa, lấy thêm nhiên liệu, rồi quay lại kết nối với Tetra-5 còn lại để tiếp nhiên liệu,” Đại tá Carstetter cho biết. Mục tiêu, ông nói thêm, là hiểu được “kiến trúc đó có thể vận hành như thế nào.”
Trình diễn ‘cơ động gia cường’
USSF-23 cũng bao gồm một thí nghiệm riêng biệt liên quan đến tàu bảo trì Otter của Starfish Space, một tàu vũ trụ tự động nhỏ được thiết kế để kết nối và điều khiển các vệ tinh trên quỹ đạo.
Otter được thiết kế để kết nối với một vệ tinh “không được chuẩn bị trước” – loại vệ tinh ban đầu không được thiết kế để bảo trì.
Lực lượng Không gian muốn sử dụng phương tiện này để thử nghiệm điều mà các quan chức gọi là “cơ động gia cường” – về bản chất là bổ sung khả năng đẩy và cơ động cho các vệ tinh có thể bị hạn chế về nguồn dự trữ nhiên liệu hoặc khả năng cơ động.
“Đây sẽ là cuộc trình diễn kéo dài hai năm, kết nối với một tàu không còn hoạt động và sẽ được di chuyển đến quỹ đạo hủy bỏ,” Đại tá Carstetter cho biết. Nếu thành công, ông nói, công nghệ này sau này có thể được sử dụng cho các sứ mệnh kéo dài tuổi thọ liên quan đến tàu vũ trụ đang hoạt động.
Hợp đồng trình diễn trị giá 37,5 triệu đô la được trao cho Starfish vào tháng 5/2024 theo thỏa thuận chia sẻ chi phí, kết hợp với khoảng 30 triệu đô la vốn tư nhân. Đầu năm nay, Lực lượng Không gian đã trao cho Starfish một hợp đồng khác trị giá 54,5 triệu đô la cho một sứ mệnh được tài trợ thông qua sáng kiến APFIT của Lầu Năm Góc, được thiết kế để đẩy nhanh việc mua sắm các công nghệ mới nổi. Sứ mệnh đó, dự kiến phóng vào năm 2028, sẽ liên quan đến các hoạt động cơ động gia cường cho nhiều vệ tinh.
Kế hoạch sử dụng dịch vụ thương mại
Ngoài việc tài trợ cho các sứ mệnh trình diễn, Lực lượng Không gian có kế hoạch khai thác các hệ thống bảo trì thương mại như Phương tiện Robot theo Nhiệm vụ (MRV) do Northrop Grumman chế tạo hợp tác với DARPA. Tàu vũ trụ này được thiết kế để kết nối và kéo dài tuổi thọ của các vệ tinh trên quỹ đạo địa tĩnh bằng cách sử dụng cánh tay robot do Phòng thí nghiệm Nghiên cứu Hải quân Hoa Kỳ phát triển.
Sau khi MRV được phóng vào mùa hè năm nay, “chúng tôi sẽ tìm cách thiết lập một số cấp độ hợp đồng để có thể tiếp cận các nguồn lực đó khi chúng ở trên quỹ đạo nếu có nhu cầu,” Đại tá Carstetter cho biết.
Phi hành gia NASA Christina Koch theo dõi thí nghiệm tiếp nhiên liệu cho vệ tinh có tên Furphy trên Trạm Vũ trụ Quốc tế (ISS), do công ty khởi nghiệp Orbit Fab phát triển. Ảnh: Orbit Fab
Thiết kế GAS-T của Northrop Grumman sẽ tận dụng nền tảng vệ tinh ESPAStar-D để bổ sung nhiên liệu và kéo dài tuổi thọ cho các vệ tinh đang hoạt động trên quỹ đạo. Ảnh: Northrop Grumman
