DARPA staví robotického vesmírného mechanika pro opravu satelitů na oběžné dráze

DARPA, Agentura pro pokročilé obranné výzkumné projekty, která je zodpovědná za vývoj nových technologií pro americkou armádu, staví novou špičkovou kosmickou loď – a je vyzbrojená. Ve věku vesmírných sil a narůstající hrozby jako satelity lovců a zabijáků, to nemusí znít příliš překvapivě. Ale vy to nechápete. Nová kosmická loď DARPA, která je v současné době „ve špičce“, pokud jde o vývoj, je ozbrojený. Stejně jako v, má paže. Jako ty, které používáte k uchopení věcí.

Ozbrojení roboti nejsou novinkou. Mechanická robotická ramena jsou zde na Zemi stále rozšířenější. Robotická ramena byla zvyklá provádět složité operace a otočit hamburgery. Byly připojeny k podmořským průzkumným vozidlům a byly používány k průzkumu ponořených vraků. Byli zvyklí otevřít dveře, zneškodnit bomby, a vyřazení jaderných elektráren z provozu. Jsou zatraceně všestranné. Ale prostor je úplně jiná věc.

Problém se satelity

Abyste problému porozuměli, představte si tento scénář: Koupíte si superauto. Má veškerý možný moderní luxus díky použití prémiových materiálů, jako je titan a karbon vlákny vyztužené epoxidové kompozity do svého špičkového motoru, který vrní jako většina na světě drahé kotě. Jen je v tom háček. Přestože bylo auto vyrobeno tak, aby vydrželo, jakmile ho vyvezete z prodejního místa, už ho nesmíte opravovat nebo se v něm dokonce šťourat. Nic. Nada. zip. Není možné ho odvézt ani na čerpací stanici, když je potřeba natankovat. Blázen, že? Dokonce i ty nejextravagantnější sportovní hvězdy, rappery nebo mezinárodní obchodníci se zbraněmi by si tento „obchod“ pravděpodobně dvakrát rozmysleli.

To je zcela analogické situaci, ve které jsme s některými dnešními satelity. A s cenovkami, které mohou přesáhnout miliardu dolarů, díky dnešním špičkovým satelitům vypadají Bugatti a McLareny jako šmejd.

„Současný způsob, jakým provozujeme kosmické lodě, jsou vypuštěny a [pak] jsou v podstatě samy po zbytek svého života,“ Joe Parrish, programový manažer agentury DARPA. Robotický servis geosynchronních satelitů (RSGS), řekl Digital Trends. „Pokud se něco pokazí nebo jim dojde palivo nebo nějaký jiný spotřební materiál, neexistuje žádná jiná metoda, jak jít a vylepšit tyto kosmické lodě – buď cestou opravou nebo doplňováním nebo umístěním nových schopností … to může být za 20 let, kdy technologie na nich již nejsou ty nejlepší dostupný."

To je místo, kde přichází do hry řešení DARPA. "S RSGS máme kosmickou loď, která vypadá podobně jako komerční satelit, ale má na sobě dvě robotická ramena," řekl Parrish. "A tato robotická ramena mají vyměnitelné nástroje, které umožňují řadu různých operací, které zahrnují uchopení toho, čemu říkáme klientská kosmická loď [a provádění opravářských úkolů."

Zčásti robot kutil, zčásti odtahový vůz

Pokud vše půjde podle plánu, bude to znamenat, že poprvé v historii je možné provádět úkoly „obratné manipulace“, které pomohou opravit satelity na geosynchronní oběžné dráze. Kosmická loď RSGS bude viset na oběžné dráze, dokud nebude povolána do akce. Poté se naviguje k příslušné „klientské kosmické lodi“, autonomně se na ni přichytí pomocí strojového vidění A.I. a poté se vydá provádění externí údržby s cílem prodloužit životnost tohoto satelitu, zvýšit odolnost a zlepšit spolehlivost pro budoucnost operace. Dalo by se dokonce použít k instalaci samostatného užitečného zatížení.

Obě paže RSGS jsou každá přibližně 2 metry dlouhá, což je přibližně dvojnásobek délky paže dospělého člověka. Místo pětiprsté ruky v lidském stylu je vybavena řadou vyměnitelných nástrojů specializovaných na jakýkoli úkol, který má vykonávat. Tyto úkoly mohou zahrnovat šťouchnutí zaseknutého solárního pole nebo antény sem nebo tam.

Mohl by dokonce uchopit umírající satelity a vytáhnout je jako „druh odtahového vozu“ na oběžnou dráhu hřbitova 300 kilometrů nad normální geostacionární dráhu. To by mohlo satelitním společnostem umožnit prodloužit životnost jejich vesmírných aktiv o „dalších několik let,“ řekl Parrish.

"Obvykle se s geostacionárními kosmickými loděmi stane to, že jim dojde to, čemu se říká palivo pro udržování stanice," řekl. „Toto je palivo, které je drží na místě, takže satelit, který je umístěný nad Spojenými státy nebo na Středním východě nebo kdekoli, kde dělá svou práci, tam zůstane. To vyžaduje každý rok určité množství paliva, které se má použít jako pohonná hmota. Nakonec jim dojde palivo, obvykle za 15 až 20 let jejich životnosti. Pak se předpokládá, že budou zlikvidováni přesunem na jinou oběžnou dráhu, přesunem z cesty, aby se do této orbitální štěrbiny na geosynchronní oběžné dráze mohla dostat jiná kosmická loď."

Z tohoto důvodu si družice uchovávají trochu paliva navíc, což jim umožňuje absolvovat tuto poslední cestu. Místo toho Parrish řekl, že RSGS by bylo možné použít k přepravě nefunkčních satelitů na místo jejich posledního odpočinku poté, co spotřebují každou poslední kapku paliva pro udržování stanice.

Výzvy vesmíru

Nic z toho samozřejmě není přímočaré. Parrish vysvětlil některé problémy, které existují při stavbě a vypouštění první kosmické lodi RSGS. Za prvé, vesmír je zatraceně nehostinné prostředí. I ve srovnání s některými nebezpečnějšími terény na Zemi přichází geostacionární dráha s řadou nových výzev.

"[Ty] přecházíte z teploty, která by vařila vodu, na teplotu hluboko pod teplotou, která by zmrazila vodu," řekl. "To se během mise stává mnohokrát, mnohokrát." Představte si mrazení, rozmrazování, mrazení, rozmrazování, mrazení, rozmrazování, znovu a znovu. Teplotní extrémy jsou velmi odlišné od toho, s čím se setkáte v laboratorním prostředí.“

Existuje také problém poškození atmosférickým zářením, zatímco vakuum ve vesmíru znamená, že tradiční metody mazání součástí, jako jsou motory a převody, prostě nebudou fungovat. Veškerá maziva použitá na konvenčních robotických ramenech by se během okamžiku vyvařila.

Pak je tu výzva k manévrování kosmické lodi RSGS na oběžné dráze. Satelitů je spousta věcí, ale jedna věc, kterou nejsou, je obzvláště svižná a schopná se pohybovat jako auta na dálnici. RSGS však není obyčejný satelit. "Máme další trysky a další palivo, díky kterému jsme mnohem ovladatelnější než typická kosmická loď," vysvětlil Parrish.

Robot je řízen pomocí kombinace autonomní technologie a krok za krokem, člověkem naprogramovaných instrukcí. Plány na použití dálkového ovládání byly torpédovány časovým zpožděním při odesílání instrukcí 37 000 kilometrů nad Zemí.

"V praxi se ukazuje, že lidé mají velké potíže s teleoperací robotů s takovým časovým zpožděním," řekl Parrish. „Dokážou zvládnout čtvrtsekundové časové zpoždění od okamžiku, kdy něco zadají, do okamžiku, kdy vidí robota pohybovat se tímto směrem, aby provedl příkaz. Dvě sekundy nám trochu vezmou možnost ovládat robota joystickem.“

Start je hned za rohem

V současné době tým usilovně pracuje na stavbě robotických ramen a na vývoji dalších součástí projektu, jako jsou různé nástroje pro uchopení a palubní kamery. Testování je plánováno na konec příštího roku nebo začátkem roku 2022. Poté je v plánu vypustit robotického mechanika na oběžnou dráhu v roce 2023. "Někomu to může znít daleko, ale pro mě jako projektového manažera je to hned za rohem," řekl Parrish.

Nečekejte však, že zůstane osamělý. Doufáme, že pokud bude první RSGS úspěšná, zplodí mnoho dalších, řekl.

S nedostatkem satelitů, které jsou aktuálně na oběžné dráze, a spousty dalších, které budou v blízké budoucnosti vypuštěny, to bude pravděpodobně jeden robot, který nemá nedostatek práce.

Doporučení redakce

• Tento pozoruhodný robot měnící tvar by mohl jednoho dne zamířit na Mars
• Satelity, jako je Starlink společnosti SpaceX, narušují pozorování HST
• Satelit NASA Lunar Flashlight se nedostane na plánovanou oběžnou dráhu
• Velký satelit NASA po desetiletích na oběžné dráze padá zpět na Zemi
• Podívejte se, jak se raketa SpaceX řítí na oběžnou dráhu a zpět za 90 sekund