Rymdlogistik

Rymdlogistik är "teorin och praktiken för att driva design av rymdsystem för funktionsduglighet och stödbarhet, och att hantera flödet av materiel, tjänster och information som behövs under ett rymdsystems livscykel." Det inkluderar markbaserad logistik till stöd för rymdresor, inklusive eventuell ytterligare "design och utveckling, förvärv, lagring, förflyttning, distribution, underhåll, evakuering och disposition av rymdmateriel", förflyttning av människor i rymden (både rutinmässigt och för medicinska och andra nödsituationer), och kontraktera och tillhandahålla alla nödvändiga stödtjänster för att upprätthålla rymdresor. Rymdlogistikforskningen och praktiken fokuserar i första hand på modellering och hantering av astrologistikens försörjningskedja från jorden och vidare till destinationer i hela solsystemet samt systemarkitekturstrategierna för att minimera både logistikkrav och driftskostnader för mänskliga och robotiska operationer i rymden.

Historia

Redan 1960 talade Wernher von Braun om nödvändigheten och underutvecklingen av rymdlogistik:

Vi har ett logistikproblem som kommer upp i rymden ... som kommer att utmana tänkandet hos de mest visionära logistikingenjörerna. Som ni vet undersöker vi för närvarande tre regioner i rymden: nära jorden, månregionen och planeterna . Även om det är säkert att säga att vi alla utan tvekan har varit medvetna om många eller de flesta av logistikkraven och problemen i diskussionen, åtminstone på ett generellt sätt, tror jag att det också är säkert att konstatera att många av oss inte har insett den enorma omfattningen av de uppgifter som utförs inom logistikområdet. Jag hoppas att diskussionerna ger en bättre förståelse för att logistikstöd är en stor del av de flesta stora utvecklingsprojekt. Logistikstöd är faktiskt en viktig orsak till framgång eller misslyckande för många företag.

År 2004, när NASA inledde ett statligt initiativ för att utforska månen, Mars och bortom , hade ett antal brister i både kapacitet och förmåga att stödja logistikbehov även i låg jordomloppsbana identifierats.


År 2005 insåg analytiker den kommande möjligheten för de nationella regeringar som är involverade i rymdfärjans programmet att minska kostnaderna genom att förvärva logistiktjänster för godstransport kommersiellt efter att byggfasen av den internationella rymdstationen avslutats , som då förväntas senast 2010.

Verksamhet efter 2005

Enligt Manufacturing Business Technology,

NASA har tilldelat 3,8 miljoner dollar till två MIT-ingenjörsprofessorer för att genomföra en tvärvetenskaplig studie för att anpassa logistiken i logistiken för att stödja interplanetär materialtransport och överföring. Professorerna David Simchi-Levi och Olivier de Weck från MIT Engineering Systems Division kommer att leda projektet i samarbete med Jet Propulsion Laboratory, Payload Systems och United Space Alliance .
Hållbar utforskning av rymden är omöjlig utan lämplig hantering av försörjningskedjan och till skillnad från Apollo kommer framtida utforskning att förlita sig på ett komplext försörjningsnätverk på marken och i rymden. Det primära målet med detta projekt är att utveckla ett omfattande ramverk för hantering av försörjningskedjan och planeringsverktyg för rymdlogistik. Det eventuella integrerade rymdlogistikramverket kommer att omfatta markbunden rörelse av material och information, överföring till uppskjutningsplatser , integrering av nyttolast på uppskjutningsfordon och uppskjutning till låg omloppsbana om jorden, överföring i rymden och planeter, och planetarisk ytlogistik. Den MIT-ledda modellen för hantering av försörjningskedjan kommer att ha en utvecklingsmetod i fyra faser:
1. Granskning av lärdomar från jordbaserade kommersiella och militära projekt, inklusive marin ubåt och arktisk logistik
2. Analyser av rymdlogistiknätverk baserat på modellering av Jord-Måne-Mars omloppsbanor och förväntade landnings- och utforskningsplatser
3. Efterfrågan/utbudsmodellering som omfattar osäkerhet i efterfrågan, lastmix, kostnader och störningar i leveranskedjan
4. Utveckling av en interplanetär försörjningskedjaarkitektur.

Exempel på utbudsklasser

Bland de försörjningsklasser som identifierats av MIT Space Logistics Center:

  • Drivmedel och bränslen
  • Besättningsförsörjning och verksamhet
  • Underhåll och underhåll
  • Stuvning och fasthållning
  • Avfall och kassering
  • Boende och infrastruktur
  • Transport och transportörer
  • Diverse

I kategorin rymdtransport för ISS Support kan man lista:

Tianzhou (rymdfarkost) är den enda förbrukningsbara obemannade rymdfarkosten till den kinesiska rymdstationen .

Status för ISS logistikkapacitet 2005

En ögonblicksbild av logistiken för en enda rymdanläggning, den internationella rymdstationen, gavs 2005 via en omfattande studie gjord av James Baker och Frank Eichstadt. Det här artikelavsnittet hänvisar i stor utsträckning till den studien.

ISS lastkrav

Från och med 2004 var den amerikanska rymdfärjan , den ryska framstegen och i mycket begränsad utsträckning de ryska Sojuz- fordonen de enda rymdtransportsystemen som kunde transportera ISS-last.

Men 2004 förutsågs det redan att European Automated Transfer Vehicle (ATV) och japanska H-IIA Transfer Vehicle (HTV) skulle tas i bruk före slutet av ISS Assembly . Från och med 2004 transporterade US Shuttle majoriteten av den trycksatta och otryckbara lasten och tillhandahåller praktiskt taget all återvinningsbar dunmasskapacitet (förmågan till oförstörande återinträde av last). [ behöver uppdateras ]

Lastfordons kapacitet

Baker och Eichstadt skrev också 2005:

En förståelse för framtidens ISS lastkrav är nödvändig för att dimensionera ett kommersiellt lastfordon som är utformat för att ersätta skyttelns kapacitet och kapacitet och utöka för närvarande planerade alternativa fordon. Exakta uppskattningar av ISS lastöverföringskrav är svåra att fastställa på grund av pågående förändringar i logistikkrav, besättningsnivåer, fordonstillgänglighet och den framväxande roll som ISS kommer att spela i NASA:s rymdutforskning och forskningsmål.
Under åren 2007–2010 visas ett ökat krav på otrycksatt godsleverans. Denna ökade hastighet är ett resultat av en aktuell plan för att prepositionera otrycksatta reservdelar på ISS innan Shuttle går i pension. Tillhandahållande av en kommersiell lastbärare som kan transportera otrycksatta reservdelar för att komplettera skytteln eliminerar kravet på förpositionering och anpassar de uppskattade medelvärdena under 2007–2010 till cirka 24 000 kg för trycksatt last och 6 800 kg för last utan tryck. Med tanke på leveransförmågan hos de återstående systemen efter att Shuttle har gått i pension ger avkastning.
Pensionering av skytteln och beroende av Progress, ATV och HTV för ISS logistik kommer inte att resultera i någon betydande återvinningsbar nedmassakapacitet. Vidare tyder inga bevis på att något av dessa lasttransportsystem kan öka produktionen och lanseringshastigheterna för att täcka bristen på lastleverans.

Kommersiell möjlighet

Baker och Eichstadt skrev också 2005:

Utöver ISS-stödsbrister finns alternativa möjligheter för ett kommersiellt godstransportsystem. Pensioneringen av Shuttle kommer också att resultera i en oförmåga att bedriva Low Earth Orbit (LEO) forskning oberoende av ISS. En kommersiell nyttolasttjänst skulle kunna fungera som en fritt flygande forskningsplattform för att uppfylla detta behov. När krav på logistikstöd för NASA:s rymdutforskningsinitiativ dyker upp, kan befintliga kommersiella system användas.
Slutligen måste ett begynnande intresse för utvecklingen av icke-statliga kommersiella rymdstationer ta hänsyn till frågor om återförsörjning. Sådana överväganden kommer utan tvekan att bli föremål för en fabrikat/köp-analys. Befintliga system som har amorterat sina utvecklingskostnader över flera statliga och icke-statliga program bör gynna ett "köp"-beslut av kommersiella rymdstationsoperatörer. När dessa marknader uppstår kommer kommersiella företag att kunna tillhandahålla logistiktjänster till en bråkdel av kostnaden för statligt utvecklade system. De resulterande stordriftsfördelarna kommer att gynna båda marknaderna. Denna slutsats nåddes av en Price-Waterhouse-studie chartrad av NASA 1991. Studien drog slutsatsen att värdet av SPACEHAB:s flygtillgångsbaserade kommersiella modultjänst med ett uppskattat nettonuvärde på 160 miljoner dollar skulle ha kostat den amerikanska regeringen över 1 miljard dollar för att utveckla och driva med standardkostnad plus kontrakt. SPACEHAB:s kommersiella verksamhet och utveckling (såsom Integrated Cargo Carrier) sedan 1991 representerar ytterligare kostnadsbesparingar jämfört med statligt ägda och drivna system.
Kommersiella företag är mer benägna att effektivt investera privat kapital i tjänsteförbättringar, säkerställd fortsatt tillgänglighet och förbättrad tjänstekapacitet. Denna tendens, vanlig i icke-flygtillämpningar, har SPACEHAB demonstrerat på marknaden för kommersiella rymdsystem genom fortsatta modulförbättringar och introduktion av nya logistikbärare.
Brister i ISS lasttransportkapacitet, nya möjligheter och erfarenheter från SPACEHAB:s befintliga mark- och flygverksamhet har uppmuntrat utvecklingen av Commercial Payload Service (CPS). Som ett kommersiellt utvecklat system inser SPACEHAB att för att optimera dess kapacitet och överkomlighet krävs att vissa tillvägagångssätt i systemutveckling och drift tas.
Den första metoden ställer måttliga krav på systemet. Att introducera grundläggande funktioner på fronten och ärrbildning för förbättrade funktioner senare minskar kostnaden för lansering och förkortar utvecklingstiden.
Den andra är utnyttjandet av befintlig teknik och kapacitet, där så är lämpligt. Ett typiskt kännetecken för NASA-program är den ständiga räckvidden för nyutvecklade teknologier. Även om det är attraktivt ur ett tekniskt framstegsperspektiv, är detta uppdrag dyrt och misslyckas ofta med att skapa operativa möjligheter. En kommersiellt utvecklad lastmodul kommer att maximera användningen av befintlig teknik (om möjligt från hyllan) och söka tekniska framsteg endast där systemkrav eller marknadsförhållanden driver behovet av sådana framsteg. Dessutom är kostnader förknippade med utvecklingen av rymdfarkoster inte begränsade till de som är förknippade med fordonssystemen. Betydande kostnader förknippade med infrastrukturen måste också beaktas. SPACEHAB:s befintliga logistik- och fordonsbehandlingsanläggningar samlokaliserade med Eastern launch-sortimentet och vid Sea Launch-anläggningarna gör det möjligt att undvika betydande systemutvecklingskostnader.
Slutligen har SPACEHAB realiserat kostnads- och schemaminskningar genom att använda kommersiella processer istället för statliga processer. Som ett resultat är SPACEHAB:s uppdragsintegrationsmall för en Shuttle-baserad transportör 14 månader, jämfört med 22 månader för en liknande Shuttle-baserad Multi-Purpose Logistics Module (MPLM).

Racköverföringskapacitet

Baker och Eichstadt skrev också 2005:

ISS använder International Standard Payload Rack (ISPR) som den primära nyttolasten och experimentanläggningen i alla moduler som drivs i USA. Överföring av ISPR till och från ISS kräver passage genom luckan som endast finns vid förläggningsplatserna för Common Berthing Mechanism (CBM). Diametern på CBM kombinerat med ISPR-proportioner driver vanligtvis lastfordonsdiametrar till storlekar som endast ryms av 5 m nyttolastskydd som lanseras på Evolved Expendable Launch Vehicles (EELV).

Återvinningsbara nyttolaster under tryck

Baker och Eichstadt skrev också 2005:

Det ryska Progress-fordonet har länge fungerat som ett lastfordon som, när de lämnar en rymdstation, destruktivt återinträder i atmosfären och förstör all "last" ombord. Detta tillvägagångssätt fungerar mycket effektivt för att ta bort oönskad massa från en rymdstation. NASA har dock indikerat att återlämnande av nyttolaster från ISS är mycket önskvärt [5]. Därför måste ett kommersiellt system undersöka implikationerna av att inkludera en returkapacitet för trycksatt nyttolast antingen i den initiala designen eller som en förbättrad funktion för tjänsten som ska introduceras i framtiden. För att tillhandahålla sådan kapacitet krävs inkorporering av delsystem för termiskt skydd, delsystem för målinriktning mot deorbit, delsystem för landningsåterställning, markåterställningsinfrastruktur och FAA-licens. Återvinningen av otrycksatta nyttolaster innebär unika utmaningar förknippade med den exponerade naturen hos trycklösa bärare. För att implementera ett återhämtningsbart återinträdessystem för trycklösa nyttolaster krävs utveckling av ett inkapslingssystem. Inkapslingsaktiviteter måste antingen ske självständigt före återinträde eller som en del av de operationer som är förknippade med att lasta den trycklösa lastbäraren med returlast. I båda fallen kommer ytterligare kostnader förknippade med rymdfarkostsystem eller ökade driftskrav att vara högre än att bara lasta och lämna en trycksatt bärare för ett destruktivt återinträde.

Blandad manifest förmåga

Baker och Eichstadt skrev också 2005:

Vanligtvis ger undvikandet av punktlösningar flexibilitet för ett givet system för att tillhandahålla variabel kapacitet. Att designa en lastbärare som blandar trycksatta och otrycksatta system kan leda till ökade kostnader om alla tillhörande lastboenden måste flygas på varje flygning. För att undvika onödiga kostnader förknippade med att designa och flyga strukturer som rymmer fast relativ kapacitet för alla typer av nyttolaster, används ett modulärt tillvägagångssätt för CPS. Förväntade lasttransportkrav för ISS efter att skytteln har tagits i drift indikerar att dedikerade trycksatta och icke-trycksatta uppdrag kan stödja ISS-masskraven. Genom att använda gemensamma basfunktioner (dvs. servicemodul, dockningssystem, etc.) och modularisering av de trycksatta och otryckta bärarelementen i rymdfarkosten säkerställer flexibilitet samtidigt som man undviker punktlösningar.

Överföring av drivmedel

Baker och Eichstadt skrev också 2005:

Det ryska segmentet av ISS (RSOS) har förmågan att via sond- och kondockningsmekanismerna stödja överföring av drivmedel. Inkorporering av drivmedelsöverföringskapacitet introducerar internationella frågor som kräver samordning av flera företags- och statliga organisationer. Eftersom kraven på ISS drivmedel tillhandahålls tillräckligt av Russian Progress och ESA ATV, kan kostnader förknippade med att införliva dessa funktioner undvikas. CPS:s modulära karaktär i kombination med den inneboende förmågan hos utvalda delsystem möjliggör dock ekonomiska alternativ till överföring av drivmedel om ISS skulle behöva det.
Indirekta kostnader som beaktas vid utvecklingen av CPS-arkitekturen inkluderar licenskrav associerade med International Traffic in Arms Regulations (ITAR) och Federal Aviation Administration (FAA) kommersiella lanserings- och inträdeslicenskrav. ITAR-licenser driver ett noggrant urval av leverantörer av fordonsdelsystem. All användning eller tillverkning av delsystem för rymdfarkoster av icke-amerikanska enheter kan endast implementeras när lämpliga utrikes- och/eller handelsgodkännanden är på plats. FAA:s licenskrav kräver noggrant urval av start- och landningsplatser. Fordon som utvecklats av ett amerikanskt organiserat företag, även om de lanseras i ett annat land, kräver översyn av fordonssystemet, driften och säkerhetsprogrammet av FAA för att säkerställa att riskerna för människor och egendom är inom acceptabla gränser

Downmass

Medan betydande fokus för rymdlogistiken ligger på uppmassa , eller nyttolastmassa som transporteras upp till omloppsbana från jorden, har rymdstationsoperationer också betydande krav på nedmassa. Att återföra last från låg omloppsbana till jorden är känt som att transportera downmass , den totala logistiklastmassan som returneras från rymden till jordens yta för efterföljande användning eller analys. Downmasslogistik är viktiga aspekter av forskning och tillverkningsarbete som sker i orbitala rymdanläggningar. På 2020-talet började termen också användas i samband med massrörelser till och från andra planetariska kroppar . Till exempel, "upp- och nedmassakapaciteten [för månlandaren SpaceX Starship HLS ] överskred vida NASAs krav"

För den internationella rymdstationen har det funnits perioder då nedmassaförmågan var kraftigt begränsad. Till exempel, under cirka tio månader från tidpunkten för pensioneringen av rymdfärjan efter STS -135- uppdraget i juli 2011 – och den resulterande förlusten av rymdfärjans förmåga att returnera nyttolastmassan – blev en ökande oro att returnera nedmasslast från låg Jorden kretsar runt jorden för efterföljande användning eller analys. Under denna tidsperiod, av de fyra rymdfarkoster som kan nå och leverera last till den internationella rymdstationen, var det bara det ryska Sojuz- fordonet som kunde returnera även en mycket liten lastnyttolast till jorden. Möjligheten att minska lasten i Sojuz var begränsad eftersom hela rymdkapseln var fylld till kapaciteten med de tre ISS-besättningsmedlemmarna som återvänder vid varje Sojuz-retur. Vid den tidpunkten kunde ingen av de återstående laståterförsörjningsfordonen – den ryska rymdorganisationen Progress , Europeiska rymdorganisationen (ESA) ATV , Japan Aerospace Exploration Agency (JAXA) HTV – lämna tillbaka någon nedmassa för markbunden användning eller undersökning.

Efter 2012, med den framgångsrika förläggningen av den kommersiellt kontrakterade SpaceX Dragon under uppdraget Dragon C2+ i maj 2012, och initieringen av operativa fraktflygningar i oktober 2012, är nedmassakapaciteten från ISS nu 3 000 kg (6 600 lb) per Dragon-flygning, en tjänst som tillhandahålls av Dragon lastkapsel rutinmässigt. En returkapsel som testades 2018, kallad HTV Small Re-entry Capsule (HSRC) kan användas i framtida HTV-flygningar. HSRC har en maximal nedmassakapacitet på 20 kg (44 lb).

Se även

  • Rodolfo Monti, red. (2005). "Oändliga möjligheter globala verkligheter: utvalda handlingar från den 55:e internationella astronautiska federationens kongress, Vancouver, Kanada, 4–8 oktober 2004". Acta Astronautica . Pergamon . 57 .
  • Evans, Andy (januari–mars 2005). "Space Logistics: The Ultimate Logistics Enterprise Challenge" . Logistikspektrum . International Society of Logistics . Hämtad 8 augusti 2011 .

externa länkar

Hämtad från " https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Space_logistics&oldid=1124909310 "