Космическая логистика - Space logistics

Согласно AIAA Технический комитет по космической логистике, космическая логистика является

... теория и практика управления проектированием космических систем для обеспечения работоспособности и управления потоками материалов, услуг и информации, необходимых на протяжении жизненного цикла космической системы.[1]

Однако это определение в более широком смысле включает наземную логистику для поддержки космических путешествий, включая любые дополнительные «проектирование и разработку, приобретение, хранение, перемещение, распределение, техническое обслуживание, эвакуацию и утилизацию космического оборудования», перемещение людей в космосе ( как обычные, так и для медицинских и других чрезвычайных ситуаций), а также заключение контрактов и предоставление любых необходимых вспомогательных услуг для обеспечения космических путешествий.[1]

История

Вернер фон Браун говорил о необходимости (и неразвитости) космической логистики еще в 1960 году:[2]

«У нас возникнет проблема логистики в космосе ... которая бросит вызов мышлению самых дальновидных инженеров-логистов. Как вы знаете, в настоящее время мы исследуем три области космоса: околоземное, лунное и планеты. Хотя можно с уверенностью сказать, что все мы, несомненно, были осведомлены о многих или большинстве логистических требований и проблем в ходе обсуждения, по крайней мере, в общем, я думаю, также можно с уверенностью заявить, что многие из нас не осознали огромный объем задач, выполняемых в области логистики. Я надеюсь, что обсуждения позволят лучше понять тот факт, что логистическая поддержка является важной частью большинства крупных девелоперских проектов. Логистическая поддержка, по сути, является основной причиной успеха или провал многих начинаний ».

Фон

Джеймс Д. Бейкер и Франк Эйхштадт из SPACEHAB писал в 2005 году:[3]

Цели США в области освоения космоса, сформулированные в январе 2004 г., призывают к прекращению использования Программа Space Shuttle после завершения Международная космическая станция (МКС) строительство. Поскольку шаттл играет важную роль в транспортировке большого количества грузов на МКС и с МКС, эта функциональная возможность должна быть сохранена для обеспечения непрерывной работы станции в эпоху после шаттла. Выполнение текущих требований по транспортировке грузов к МКС - это отличная возможность для НАСА сократить расходы, сохранить и перепрофилировать уникальный и ограниченный ресурс Shuttle путем приобретения услуг по транспортировке грузов на коммерческих условиях. Кроме того, реализация такой услуги до вывода из эксплуатации «Шаттла» снижает риск для транспортного средства и его экипажей, исключая их использование для обычных грузовых перевозок, одновременно ускоряя готовность к альтернативным перевозкам с поддержкой МКС.
В январе 2004 года президент Буш поручил НАСА начать инициативу, направленную на исследование Луны, Марса и других объектов. Эта инициатива предусматривает завершение сборки Международной космической станции (МКС) к концу десятилетия, совпадающему с выводом из эксплуатации космического корабля "Шаттл".[4] Списание "Шаттла" в то время, когда работа МКС все еще ведется, приводит к сокращению возможностей для обеспечения логистических потребностей МКС. Изучение существующих и планируемых логистических перевозчиков показывает, что существуют недостатки как в мощности, так и в возможностях для обеспечения потребностей МКС. SPACEHAB История логистики космических станций и существующей наземной инфраструктуры в сочетании с мандатом НАСА и задокументированным намерением приобретать коммерческие космические системы и услуги, когда это возможно, побудила SPACEHAB разработать универсальные и доступные услуги по транспортировке грузов для МКС.[5]

Текущая деятельность

По данным Manufacturing Business Technology,[6]

НАСА выделило 3,8 миллиона долларов двум профессорам инженерии Массачусетского технологического института на проведение междисциплинарного исследования по адаптации цепочка поставок логистика для обеспечения межпланетной транспортировки и пересылки материалов. Профессора Давид Симчи-Леви и Оливье де Век из Подразделение инженерных систем Массачусетского технологического института возглавит проект в партнерстве с Лаборатория реактивного движения, Системы полезной нагрузки, и Объединенный космический альянс.
Устойчивое освоение космоса невозможно без надлежащего управления цепочкой поставок, и в отличие от Apollo будущие исследования должны будут опираться на сложную сеть поставок на земле и в космосе. Основная цель этого проекта - разработать комплексную структуру управления цепочкой поставок и инструмента планирования космической логистики. Возможная интегрированная система космической логистики будет охватывать наземное перемещение материалов и информации, передачу в стартовые площадки, интеграция полезной нагрузки на ракеты-носители и запуск на Низкая околоземная орбита, космические и планетарные перевозки и планетарная наземная логистика. Модель управления межпланетной цепочкой поставок под руководством MIT будет основываться на четырехэтапном подходе к развитию:
1. Обзор уроков управления цепочкой поставок, извлеченных из коммерческих и военных проектов на Земле, включая морские подводные лодки и арктическую логистику
2. Анализ сети космической логистики на основе моделирования орбит Земля-Луна-Марс и предполагаемых площадок для посадки и исследования.
3. Моделирование спроса / предложения, которое учитывает неопределенность в спросе, структуре грузов, затратах и ​​сбоях в цепочке поставок.
4. Разработка архитектуры межпланетной цепочки поставок.

Примеры классов питания

Среди классов поставок, определенных Космическим логистическим центром MIT:[7]

  • Пропелленты и топливо
  • Обеспечение экипажа и операции
  • Техническое обслуживание и уход
  • Размещение и сдержанность
  • Отходы и утилизация
  • Жилье и инфраструктура
  • Транспорт и перевозчики
  • Разное

В категории космического транспорта для МКС Поддержка, можно перечислить:

Состояние логистической базы МКС в 2005 г.

Снимок логистики единственного космического объекта, Международной космической станции, был предоставлен в 2005 году в ходе всеобъемлющего исследования, проведенного Джеймсом Бейкером и Фрэнком Эйхштадтом.[3] В этом разделе статьи содержится обширная ссылка на это исследование.

Требования к грузовым перевозкам на МКС

По состоянию на 2004 год, то Соединенные Штаты Космический шатл, то русский Прогресс, и в очень ограниченной степени российские Союз автомобили были единственными космический транспорт системы, способные транспортировать грузы МКС.[3]

Однако уже в 2004 г. предполагалось, что европейский Автоматическая транспортная машина (ATV) и японский Транспортное средство H-IIA (HTV) будет введен в эксплуатацию до конца Сборка МКС. По состоянию на 2004 год шаттл США перевозил большую часть грузов под давлением и негерметичных грузов и обеспечивает практически все извлекаемые пуховая масса способность (способность неразрушающего возврата груза).[3][нуждается в обновлении ]

Возможности грузового автомобиля

Бейкер и Эйхштадт также писали в 2005 году:[3]

Понимание будущих требований к грузовым перевозкам на МКС необходимо для определения габаритов коммерческого грузового транспортного средства, предназначенного для замены возможностей и грузоподъемности шаттла и увеличения планируемых в настоящее время альтернативных транспортных средств. Точные оценки требований к переброске грузов с МКС установить сложно из-за постоянных изменений требований к логистике, уровням обслуживания экипажа, доступности транспортных средств и растущей роли, которую МКС будет играть в целях НАСА по исследованию космоса.
Показано увеличение потребности в доставке негерметичных грузов в период 2007–2010 гг. Эта повышенная ставка является результатом текущего плана по размещению негерметичных запасных частей на МКС до вывода из эксплуатации Shuttle. Предоставление коммерческого грузового перевозчика, способного перевозить негерметичные запасные части в дополнение к Shuttle, исключает необходимость предварительного размещения и выравнивает расчетные средние показатели в течение 2007–2010 годов примерно до 24 000 кг для груза под давлением и 6800 кг для негерметичного груза. Учитывая возможность доставки оставшихся систем после вывода из эксплуатации Shuttle.
Списание шаттла и использование Progress, ATV и HTV для логистики МКС не приведет к значительным возмещаемым убыткам. Кроме того, нет никаких свидетельств того, что любая из этих грузовых транспортных систем может увеличить объемы производства и запуска, чтобы покрыть дефицит доставки грузов.

Коммерческая возможность

Бейкер и Эйхштадт также писали в 2005 году:[3]

Помимо недостатков поддержки МКС, существуют альтернативные возможности для системы коммерческого грузового транспорта. Вывод из эксплуатации "Шаттла" также приведет к невозможности проведения исследований на низкой околоземной орбите (НОО) независимо от МКС. Коммерческий сервис полезной нагрузки может служить бесплатной исследовательской платформой для удовлетворения этой потребности. По мере возникновения требований к материально-техническому обеспечению инициативы НАСА по исследованию космоса можно использовать существующую коммерческую систему.
Наконец, возникающий интерес к развитию негосударственных коммерческих космических станций должен учитывать вопросы пополнения запасов. Такие соображения, несомненно, будут подвергнуты анализу производства / покупки. Существующие системы, затраты на разработку которых амортизировались по многочисленным государственным и негосударственным программам, должны отдавать предпочтение решению о «покупке» операторами коммерческих космических станций. По мере возникновения этих рынков коммерческие компании смогут предоставлять логистические услуги за небольшую часть стоимости систем, разработанных государством. В результате эффект масштаба принесет пользу обоим рынкам. К такому выводу пришло исследование Прайс-Уотерхаус, проведенное НАСА в 1991 году.[8] В исследовании сделан вывод о том, что стоимость услуги коммерческого модуля SPACEHAB, основанного на полетных активах, с оценочной чистой приведенной стоимостью в 160 миллионов долларов, обошлась бы правительству США в более чем 1 миллиард долларов на разработку и эксплуатацию с использованием стандартных затрат плюс заключение контрактов. Коммерческие операции и разработки SPACEHAB (такие как интегрированный грузовой перевозчик) с 1991 года обеспечивают дополнительную экономию затрат по сравнению с государственными и управляемыми системами.
Коммерческие компании с большей вероятностью будут эффективно инвестировать частный капитал в улучшение обслуживания, обеспечение постоянной доступности и расширение возможностей обслуживания. Эта тенденция, обычная для неавиационно-космических приложений, была продемонстрирована SPACEHAB на рынке коммерческих космических систем путем постоянного совершенствования модулей и внедрения новых логистических носителей.
Нехватка грузовых возможностей МКС, новые возможности и опыт, полученный в ходе наземных и летных операций SPACEHAB, способствовали развитию службы коммерческой полезной нагрузки (CPS). Как коммерчески разработанная система SPACEHAB осознает, что для оптимизации ее возможностей и доступности требуются определенные подходы в разработке и эксплуатации системы.
Первый подход предъявляет умеренные требования к системе. Внедрение фундаментальных возможностей во внешнем интерфейсе и добавление дополнительных возможностей позже снижает затраты на запуск и сокращает время разработки.
Второй - использование существующих технологий и возможностей там, где это необходимо. Типичная особенность программ НАСА - постоянный доступ к новым разработанным технологиям. Хотя этот квест привлекателен с точки зрения технического прогресса, он стоит дорого и часто не позволяет создать операционные возможности. Коммерчески разработанный грузовой модуль позволит максимально использовать существующие технологии (по возможности, имеющиеся в наличии) и добиваться технических достижений только в тех случаях, когда системные требования или рыночные условия вызывают необходимость таких достижений. Кроме того, затраты, связанные с разработкой космического корабля, не ограничиваются затратами, связанными с системами корабля. Также необходимо учитывать значительные затраты, связанные с инфраструктурой. Существующие объекты логистики и обработки транспортных средств SPACEHAB, расположенные вместе с Восточным стартовым полигоном и на объектах морского старта, позволяют избежать значительных затрат на разработку системы.
Наконец, SPACEHAB реализовал сокращение затрат и графиков за счет использования коммерческих процессов вместо государственных. В результате шаблон интеграции миссии SPACEHAB для перевозчика, базирующегося на Shuttle, составляет 14 месяцев по сравнению с 22 месяцами для аналогичного многоцелевого логистического модуля (MPLM) на базе Shuttle.[9]

Возможность переноса в стойку

Бейкер и Эйхштадт также писали в 2005 году:[3]

МКС использует Стойка для полезной нагрузки международного стандарта (ISPR) в качестве основной полезной нагрузки и структуры помещений для экспериментов во всех модулях, эксплуатируемых в США. Передача ISPR на МКС и с нее требует прохождения через люк, который можно найти только в местах стоянки общего причального механизма (CBM). Диаметр CBM в сочетании с пропорциями ISPR обычно приводит к тому, что диаметры грузовых транспортных средств достигают размеров, соответствующих только 5-метровым обтекателям полезной нагрузки, запускаемым на усовершенствованных расходных носителях (EELV).

Возвратный возврат - полезные нагрузки под давлением

Бейкер и Эйхштадт также писали в 2005 году:[3]

Российский корабль "Прогресс" долгое время служил грузовым кораблем, который, покидая космическую станцию, разрушительно возвращается в атмосферу, уничтожая весь "груз" на борту. Этот подход очень эффективно работает для удаления нежелательной массы с космической станции. Однако НАСА указало, что возврат полезных нагрузок с МКС весьма желателен [5]. Следовательно, коммерческая система должна изучить последствия включения возможности возврата полезной нагрузки под давлением либо в первоначальную конструкцию, либо в качестве расширенной функции услуги, которая будет введена в будущем. Обеспечение такой возможности требует включения подсистемы тепловой защиты, подсистем наведения на спуск с орбиты, подсистем восстановления при посадке, инфраструктуры восстановления на земле и лицензирования FAA. Восстановление негерметичных грузов представляет собой уникальную проблему, связанную с незащищенными носителями негерметичных грузов. Для реализации восстанавливаемой системы повторного входа для негерметичных полезных нагрузок требуется разработка системы инкапсуляции. Действия по инкапсуляции должны происходить либо автономно перед возвращением, либо как часть операций, связанных с загрузкой негерметичного грузового перевозчика возвращаемым грузом. В любом случае дополнительные расходы, связанные с системами космических аппаратов или повышенными эксплуатационными требованиями, будут выше, чем просто загрузка и отправка герметичного носителя для разрушительного входа.

Возможность смешанного манифеста

Бейкер и Эйхштадт также писали в 2005 году:[3]

Как правило, отказ от точечных решений обеспечивает гибкость данной системы для обеспечения различных возможностей. Проектирование грузового перевозчика, сочетающего в себе герметичные и негерметичные системы, может привести к увеличению затрат, если все связанные грузовые помещения должны использоваться на каждом рейсе. Чтобы избежать ненужных затрат, связанных с проектированием и летающей структурой, которая обеспечивает фиксированную относительную грузоподъемность всех типов полезных нагрузок, для CPS используется модульный подход. Ожидаемые требования к грузовым перевозкам для МКС после вывода шаттла из эксплуатации указывают на то, что специальные миссии с повышенным давлением и без него могут удовлетворить потребности МКС в увеличении массы. Использование общих базовых функций (например, сервисный модуль, стыковочная система и т. Д.) И разбиение на модули несущих элементов космического корабля под давлением и без него обеспечивает гибкость и позволяет избежать точечных решений.

Перенос топлива

Бейкер и Эйхштадт также писали в 2005 году:[3]

Российский сегмент МКС (RSOS) имеет возможность с помощью механизмов стыковки зонда и конуса для поддержки перекачки топлива. Включение возможности передачи пороха вызывает международные проблемы, требующие координации множества корпоративных и государственных организаций. Поскольку требования к топливу для МКС адекватно предусмотрены российскими космическими аппаратами «Прогресс» и ESA ATV, можно избежать затрат, связанных с внедрением этих функций. Однако модульный характер CPS в сочетании с присущими ему возможностями выбранных подсистем позволяет получить экономичные альтернативы перекачке топлива, если этого потребует МКС.
Косвенные затраты, учитываемые при разработке архитектуры CPS, включают лицензионные требования, связанные с Правила международной торговли оружием (ITAR) и Федеральная авиационная администрация (FAA) коммерческий запуск и требования к лицензированию входа. Лицензирование ITAR способствует тщательному отбору поставщиков автомобильных подсистем. Любое использование или производство подсистем космических аппаратов организациями, не являющимися гражданами США, может быть осуществлено только после получения соответствующих разрешений Государственного департамента и / или торговли. Лицензионные требования FAA требуют тщательного выбора места запуска и посадки. Транспортные средства, разработанные американской корпорацией, даже если они запущены в другой стране, требуют проверки системы транспортного средства, операций и программы безопасности со стороны FAA, чтобы гарантировать, что риски для людей и имущества находятся в допустимых пределах.[10]

Даунмасс

Хотя значительный упор в космической логистике сделан на повышениеили масса полезной нагрузки, доставленной на орбиту с Земли, операции космической станции также имеют значительные требования к понижающей массе. Возврат груза из низкая околоземная орбита на Землю известен как транспортировка даунмасс- общая масса логистической полезной нагрузки, которая возвращается из космоса на поверхность Земли для последующего использования или анализа.[11]Логистика даунмасс - важные аспекты исследование и производство работы, происходящие на орбитальных космических объектах.

Для Международная космическая станция, были периоды времени, когда возможности снижения массы были сильно ограничены. Например, в течение примерно десяти месяцев с момента вывода из эксплуатации космического челнока после СТС-135 миссии в июле 2011 года - и, как следствие, потеря способности космического шаттла возвращать массу полезной нагрузки - все большее беспокойство вызывает возвращение массированных грузов из низкая околоземная орбита на Землю для последующего использования или анализа.[11]В этот период из четырех космических аппаратов, способных достигать и доставить грузы на Международную космическую станцию, только российский Союз Корабль мог вернуть на Землю даже очень небольшой груз. Возможности снижения массы корабля "Союз" были ограничены, как и весь космическая капсула был заполнен до отказа тремя членами экипажа МКС, которые возвращаются при каждом возвращении "Союза". В то время ни один из оставшихся грузовые автомобили для пополнения запасов - в Российское космическое агентство Прогресс, то Европейское космическое агентство (ЕКА) Квадроцикл, то Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA) HTV - мог бы вернуть любой груз для наземного использования или досмотра.[11]

После 2012 г., после успешной стоянки на коммерческой основе SpaceX Дракон вовремя Дракон C2 + миссия в мае 2012 г., а инициирование оперативных грузовых рейсов в октябре 2012 г.,[12] возможность снижения массы с МКС теперь составляет 3000 килограммов (6600 фунтов) за полет Dragon, услуга, которую обычно предоставляет грузовая капсула Dragon.[13] Возвратная капсула, испытанная в 2018 году, называется Маленькая капсула для повторного входа HTV (HSRC) может использоваться в будущих полетах HTV.[14] HSRC имеет максимальную нагрузочную способность до 20 кг (44 фунта).[15]

Девять дополнительных рейсов по доставке грузов Dragon Планируется, что в ближайшие несколько лет они выйдут с МКС с обрушенным массой.

Смотрите также

Рекомендации

  • Родольфо Монти, изд. (2005). «Бесконечные возможности глобальных реалий: избранные материалы 55-го Конгресса Международной астронавтической федерации, Ванкувер, Канада, 4–8 октября 2004 г.». Acta Astronautica. Пергамон. 57.
  • Эванс, Энди (январь – март 2005 г.). «Космическая логистика: высшая задача логистического предприятия». Логистика Спектр. Международное общество логистики. Получено 8 августа 2011.
  1. ^ а б AIAA STLC. «Определение космической логистики». Определения космической логистики. AIAA. Получено 28 сентября 2011. Внешняя ссылка в | работа = (помощь)
  2. ^ Вернер фон Браун (1960). Вернер фон Браун о важности космической логистики. AIAA Технический комитет по космической логистике. Архивировано из оригинал 18 октября 2010 г. Внешняя ссылка в | publisher = (помощь)
  3. ^ а б c d е ж грамм час я j «Обслуживание коммерческих грузовых перевозок на МКС». Acta Astronautica. 57 (2). Май 2005 г. Bibcode:2005AcAau..57..257B. Дои:10.1016 / j.actaastro.2005.04.001.
  4. ^ G.W. Буш, Обновленный дух открытий: президентское видение космических исследований США, январь 2004 г.
  5. ^ Конгресс США, Закон о национальном аэронавтике и космосе 1958 года с поправками, Государственный закон 85-568, 1984.
  6. ^ «Управление цепочкой поставок и исследование транспортировки материалов становятся межпланетными: Лунная логистика». Технологии производственного бизнеса. 23 (8): 12. 1 августа 2005 г. Архивировано с оригинал 6 ноября 2012 г.
  7. ^ «Классы снабжения для геологоразведочной логистики». Управление межпланетной цепочкой поставок и архитектура логистики. Центр космической логистики Массачусетского технологического института. Архивировано из оригинал 5 июля 2008 г.. Получено 8 августа 2011.
  8. ^ Прайс Уотерхаус, Анализ аренды и покупки НАСА коммерческого модуля дополнения Middeck, 1991.
  9. ^ Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства, План реализации программы станций, т. 6. Физическая интеграция груза, SSP 50200-06, декабрь 1997 г.
  10. ^ Федеральное управление гражданской авиации - Управление коммерческого космического транспорта, 14 CFR, ноябрь 2000 г. (Глава III).
  11. ^ а б c Бергин, Крис (20 апреля 2012 г.). «Груз вверх и вниз: Дракон, чтобы продемонстрировать важность снижения массы». НАСА космический полет. Получено 23 апреля 2012. «Грузовые перевозки в целом жизненно важны для станции, однако не в последнюю очередь с тех пор, как прекратились огромные возможности, которыми пользовалась МКС благодаря флоту космических шаттлов. В связи с выводом орбитальных аппаратов на пенсию, множество транспортных средств снабжения стремятся восполнить пробел. , начиная от существующих российских машин "Прогресс" и заканчивая европейскими вездеходами, японскими HTV и - в очень небольшой степени - российскими кораблями "Союз". Однако в финальной стадии часто недооценивались дополнительные возможности шаттла по обрушению массы на МКС. лет их полетов на станцию, что российские, европейские и японские транспортные средства для пополнения запасов не могли смягчить после того, как флот был выведен из эксплуатации, если не считать очень небольшую пониженную массу, допускаемую Союзом ".
  12. ^ «Капсула SpaceX возвращается с безопасной посадкой в ​​Тихом океане». BBC. 28 октября 2012 г.. Получено 23 декабря 2012.
  13. ^ Блэк, Чарльз (24 декабря 2012 г.). «Когда Dragon превратил коммерческие космические полеты в реальность». SEN. Получено 26 декабря 2012. Способность [Дракона] возвращать товары в настоящее время уникальна, потому что все другие обычные суда снабжения - европейские автоматизированные транспортные средства (ATV), японские HTV (или «Коунотори») и российский «Прогресс» - все сгорают во время контролируемого возвращения в атмосферу.
  14. ^ Хаяси, Кимиё (13 декабря 2018 г.). "数 多 く の 困難 、 時間 闘 乗 り 越 え て。 小型 回収 カ プ セ ル 拓 く 未来" (на японском языке). Получено 22 января 2019. ... 船 「う の」 は 残 り 2 機 （8 号 機 、 9 号 機） 終了 と な 、 、 、 2021 年度 に 打 げ 予 定 の テ ー験 は 9 号 機 で 再度 行 う 可能性 る が 、 自立 的 な 回収 カ プ ル は HTV-X が 運 ぶ こ だ ろ う。 ...
  15. ^ "日本 独自 の 宇宙 回収 カ プ ル む ＩＳＳ の 実 験 試 料 に 研究者 へ 有人 応 用 も". Санкей Симбун (на японском языке). 18 марта 2018 г.. Получено 10 апреля 2018. ... 回収 能力 は わ ず か 約 ２０ キ ロ。 料 を 冷 蔵 す る 場合 は キ ロ 足 ら ず だ。 ...

внешняя ссылка