DARPA bygger en robot-rummekaniker til at fikse satellitter i kredsløb

DARPA, Defense Advanced Research Projects Agency, der er ansvarlig for at udvikle nye teknologier til det amerikanske militær, bygger et nyt højteknologisk rumfartøj - og det er bevæbnet. I en tid med Space Force og spirende trusler som jæger-dræber satellitter, det lyder måske ikke så overraskende. Men du misforstår. DARPAs nye rumfartøj, der i øjeblikket er "i spidsen af ​​det", når det kommer til udvikling, er bevæbnet. Som i, den har arme. Som dem du bruger til at gribe ting.

Bevæbnede robotter er ikke nye. Mekaniske robotarme er i stigende grad udbredt her på Jorden. Robotarme har været vant til udføre kompleks operation og flip burgere. Fastgjort til undersøiske efterforskningskøretøjer er de blevet brugt til at undersøge nedsænkede vrag. De har været vant til åbne døre, uskadeliggøre bomber, og nedlukning af atomkraftværker. De er ret alsidige. Men plads er en helt anden sag.

Problemer med satellitter

For at forstå problemet, forestil dig dette scenarie: Du køber en superbil. Den har al mulig moderne luksus, fra dens brug af førsteklasses materialer som titanium og kulstof fiberforstærkede epoxykompositter til dens topmotor, der spinder som verdens mest dyr killing. Kun der er en fangst. Selvom bilen er bygget til at holde, må du ikke længere reparere eller pille ved den, når du først har kørt den fra salgspladsen. Ikke noget. Nada. Lynlås. Det er ikke engang muligt at tage den med på tankstationen, når den skal tankes. Skørt, ikke? Selv de mest ekstravagante sportsstjerner, rappere eller internationale våbenhandlere ville nok tænke sig om to gange over den "aftale".

Dette er fuldstændig analogt med den situation, vi er i med nogle af nutidens satellitter. Og med prismærker, der kan overstige en milliard dollars, får nutidens topsatellitter Bugattis og McLarens til at ligne chump change.

"Den nuværende måde, hvorpå vi opererer rumfartøjer, bliver de opsendt, og de er [derefter] i det væsentlige på egen hånd resten af ​​deres liv," Joe Parrish, programleder for DARPA's Robotservice af geosynkrone satellitter (RSGS) program, fortalte Digital Trends. "Hvis noget går galt, eller hvis de løber tør for brændstof eller andet forbrugsmateriale, er der ingen anden metode til at gå og forbedre disse rumfartøjer - hverken ved hjælp af reparation eller genopfyldning eller ved at placere nye kapaciteter … der måske er 20 år efter, hvor teknologierne på dem ikke længere er de bedste ledig."

Det er her, DARPAs løsning kommer i spil. "Med RSGS har vi et rumfartøj, der ligner en kommerciel satellit, men har to robotarme på sig," sagde Parrish. "Og disse robotarme har udskiftelige værktøjer, der tillader en række forskellige operationer, der inkluderer at gribe fat i det, vi kalder klientrumfartøjet [og udføre reparationsopgaver.]"

Dels robothandyman, dels trækvogn

Skulle alt gå efter planen, vil det betyde, at det for første gang i historien er muligt at udføre "behændige manipulations"-opgaver for at hjælpe med at fixe satellitter i geosynkron kredsløb. RSGS-rumfartøjet vil hænge ud i kredsløb, indtil det bliver kaldt i aktion. Det vil derefter navigere til det pågældende "klient-rumfartøj", låse på det autonomt ved hjælp af maskinsyn A.I. og derefter gå i gang udfører eksternt vedligeholdelsesarbejde for at forlænge satellittens levetid, øge modstandskraften og forbedre pålideligheden for fremtiden operationer. Det kunne endda bruges til at installere selvstændige nyttelaster.

RSGS's to arme er hver cirka 2 meter lange, omkring det dobbelte af længden af ​​en voksen menneskearm. I stedet for en femfingret hånd i menneskelig stil er den udstyret med en række udskiftelige værktøjer, der er specialiseret til den opgave, den skal udføre. Disse opgaver kan involvere at skubbe til en fastlåst solcelle eller antenne her eller der.

Den kunne endda gribe fat i døende satellitter og trække dem, som en "slags trækvogn", ind i kirkegårdskredsløb 300 kilometer over normal geostationær bane. Dette kunne give satellitselskaber mulighed for at forlænge levetiden af ​​deres rumaktiver med "yderligere par år," sagde Parrish.

"Det, der typisk sker med geostationære rumfartøjer, er, at de løber tør for det, der kaldes stationsbevarende brændstof," sagde han. "Dette er brændstoffet, der holder dem på plads, så en satellit, der er stationeret over USA eller Mellemøsten, eller hvor den nu gør sit arbejde, bliver der. Det kræver en vis mængde brændstof hvert år for at blive brugt som drivmiddel. Til sidst løber de tør for brændstof, normalt 15 til 20 år inde i deres levetid. Så er det meningen, at de skal bortskaffes ved at bevæge sig ind i en anden bane, bevæge sig ud af vejen, så et andet rumfartøj kan gå ind i den kredsløbsspalte i geosynkron kredsløb."

Af denne grund beholder satellitter en ekstra smule brændstof, så de kan foretage denne sidste rejse. I stedet for dette sagde Parrish, at RSGS kunne bruges til at transportere de hedengangne ​​satellitter til deres sidste hvilested, efter at de havde brugt hver sidste dråbe stationsholdende brændstof.

Rummets udfordringer

Intet af dette er selvfølgelig ligetil. Parrish forklarede nogle af de udfordringer, der eksisterer med at bygge og opsende det første RSGS-rumfartøj. For det første er rummet et temmelig ugæstfrit miljø. Selv sammenlignet med nogle af de mere farlige terræn på Jorden, kommer geostationære kredsløb med en række nye udfordringer.

"[Du] går fra en temperatur, der ville koge vand ned til et godt stykke under en temperatur, der ville fryse vand," sagde han. "Det sker mange, mange gange gennem en mission. Forestil dig at fryse, tø, fryse, tø, fryse, tø, igen og igen. Temperaturekstremiteterne er meget anderledes, end hvad du ville støde på i et laboratoriemiljø."

Der er også spørgsmålet om skader fra atmosfærisk stråling, mens rummets vakuum betyder, at traditionelle metoder til smøring af komponenter såsom motorer og gear simpelthen ikke virker. Ethvert smøremiddel, der bruges på konventionelle robotarme, ville blive kogt af på et øjeblik.

Så er der udfordringen med at manøvrere RSGS-rumfartøjet i kredsløb. Satellitter er mange ting, men én ting er de ikke, er særligt smidige og i stand til at lyne rundt som biler på en motorvej. RSGS er dog ikke en almindelig satellit. "Vi har yderligere thrustere og ekstra brændstof, der gør os meget mere manøvredygtige end et typisk rumfartøj," forklarede Parrish.

Robotten styres ved hjælp af en kombination af autonom teknologi og trin-for-trin, menneskeprogrammerede instruktioner. Planer om at anvende fjernbetjening blev torpederet af tidsforsinkelsen i at sende instruktioner 37.000 kilometer over Jorden.

"Det viser sig i praksis, at mennesker har meget svært ved at teleoperere robotter med den mængde tidsforsinkelse," sagde Parrish. "De kan håndtere et kvarters tidsforsinkelse fra det tidspunkt, de indtaster noget, til de ser robotten bevæge sig i den retning for at udføre kommandoen. To sekunder tager os på en måde ud af at kunne joysticke robotten."

Lanceringen er lige rundt om hjørnet

På nuværende tidspunkt arbejder teamet hårdt på at bygge robotarmene ud over at udvikle andre projektkomponenter som de forskellige gribeværktøjer og indbyggede kameraer. Testen er planlagt til at finde sted i slutningen af ​​næste år eller begyndelsen af ​​2022. Derefter er planen at sende robotmekanikeren i kredsløb i 2023. "Det lyder måske langt væk for nogle, men for mig som projektleder er det lige rundt om hjørnet," sagde Parrish.

Forvent dog ikke, at det forbliver ensomt. Vi håber, at hvis den første RSGS bliver en succes, vil det afføde adskillige yderligere, sagde han.

Uden mangel på satellitter i kredsløb i øjeblikket, og meget mere, der skal opsendes i den nærmeste fremtid, vil dette sandsynligvis være en robot, der ikke mangler noget arbejde.

Redaktørens anbefalinger

• Denne bemærkelsesværdige formskiftende robot kunne en dag tage til Mars
• Satellitter som SpaceXs Starlink forstyrrer Hubble-observationer
• NASAs Lunar Flashlight-satellit vil ikke nå sit planlagte kredsløb
• Stor NASA-satellit falder tilbage til Jorden efter årtier i kredsløb
• Se en SpaceX-raket skynde sig i kredsløb og tilbage på 90 sekunder