DARPA baut einen Roboter-Weltraummechanismus, um Satelliten im Orbit zu reparieren

DARPA, die Defense Advanced Research Projects Agency, die für die Entwicklung neuer Technologien für das US-Militär verantwortlich ist, baut ein neues High-Tech-Raumschiff – und es ist bewaffnet. Im Zeitalter der Space Force und aufkeimende Bedrohungen wie Jäger-Killer-Satelliten, das klingt vielleicht nicht allzu überraschend. Aber Sie verstehen das falsch. Das neue Raumschiff der DARPA, das derzeit mitten in der Entwicklung ist, ist dabei bewaffnet. Es hat Arme. Wie die, die man zum Greifen von Dingen verwendet.

Bewaffnete Roboter sind nichts Neues. Mechanische Roboterarme sind hier auf der Erde immer weiter verbreitet. Roboterarme sind daran gewöhnt komplexe chirurgische Eingriffe durchführen Und Burger umdrehen. Sie werden an Unterwassererkundungsfahrzeugen befestigt und zur Untersuchung untergetauchter Wracks eingesetzt. Sie sind daran gewöhnt

offene Türen, Bomben entschärfen, Und Stilllegung von Kernkraftwerken. Sie sind verdammt vielseitig. Aber der Raum ist eine ganz andere Sache.

Das Problem mit Satelliten

Um das Problem zu verstehen, stellen Sie sich dieses Szenario vor: Sie kaufen einen Supersportwagen. Durch die Verwendung hochwertiger Materialien wie Titan und Carbon verfügt es über jeglichen modernen Luxus faserverstärkten Epoxidharz-Verbundwerkstoffen bis hin zu seinem Spitzenmotor, der wie der Beste der Welt schnurrt teures Kätzchen. Nur gibt es einen Haken. Obwohl das Auto auf Langlebigkeit ausgelegt ist, ist es Ihnen nicht mehr gestattet, es zu reparieren oder gar daran herumzubasteln, sobald Sie es vom Verkaufsgelände gefahren haben. Nichts. Nada. Reißverschluss. Es ist nicht einmal möglich, es zur Tankstelle zu bringen, wenn es aufgetankt werden muss. Verrückt, oder? Selbst die extravagantesten Sportstars, Rapper oder internationalen Waffenhändler würden wahrscheinlich zweimal über diesen „Deal“ nachdenken.

Dies ist völlig analog zu der Situation, in der wir uns bei einigen heutigen Satelliten befinden. Und mit Preisen, die eine Milliarde Dollar übersteigen können, lassen die heutigen Satelliten der Spitzenklasse Bugattis und McLarens wie Trottel aussehen.

„Die derzeitige Art und Weise, wie wir Raumschiffe betreiben, ist, dass sie gestartet werden und dann für den Rest ihres Lebens im Wesentlichen auf sich allein gestellt sind“, Joe Parrish, Programmmanager für DARPA Roboterwartung geosynchroner Satelliten (RSGS)-Programm, sagte Digital Trends. „Wenn etwas schief geht oder ihnen der Treibstoff oder andere Verbrauchsmaterialien ausgehen, gibt es keine andere Möglichkeit, diese Raumschiffe zu verbessern – weder durch noch durch Reparatur oder Nachschub oder durch die Bereitstellung neuer Fähigkeiten … das kann vielleicht 20 Jahre später der Fall sein, wenn die Technologien darauf nicht mehr die besten sind verfügbar."

Hier kommt die Lösung von DARPA ins Spiel. „Mit RSGS haben wir ein Raumschiff, das einem kommerziellen Satelliten ähnelt, aber über zwei Roboterarme verfügt“, sagte Parrish. „Und diese Roboterarme verfügen über austauschbare Werkzeuge, die eine Vielzahl unterschiedlicher Operationen ermöglichen, darunter das Ergreifen dessen, was wir das Kunden-Raumschiff nennen [und die Durchführung von Reparaturaufgaben.]“

Teils Roboterhandwerker, teils Abschleppwagen

Sollte alles nach Plan verlaufen, bedeutet dies, dass es zum ersten Mal in der Geschichte möglich ist, „geschickte Manipulationsaufgaben“ durchzuführen, um Satelliten in der geosynchronen Umlaufbahn zu fixieren. Das RSGS-Raumschiff wird im Orbit bleiben, bis es zum Einsatz kommt. Anschließend navigiert es zum jeweiligen „Client-Raumschiff“, rastet es mithilfe von maschineller Bildverarbeitungs-KI autonom ein und macht sich dann auf den Weg Durchführung externer Wartungsarbeiten, um die Lebensdauer dieses Satelliten zu verlängern, die Widerstandsfähigkeit zu erhöhen und die Zuverlässigkeit für die Zukunft zu verbessern Operationen. Es könnte sogar zur Installation eigenständiger Nutzlasten verwendet werden.

Die beiden Arme von RSGS sind jeweils etwa 2 Meter lang, etwa doppelt so lang wie der Arm eines erwachsenen Menschen. Anstelle einer fünffingrigen menschlichen Hand ist es mit einer Reihe austauschbarer Werkzeuge ausgestattet, die auf die jeweilige Aufgabe spezialisiert sind. Bei diesen Aufgaben könnte es darum gehen, eine festsitzende Solaranlage oder Antenne hier oder da anzustoßen.

Es könnte sogar sterbende Satelliten festhalten und sie wie eine „Art Abschleppwagen“ in eine Friedhofsumlaufbahn ziehen, die 300 Kilometer über der normalen geostationären Umlaufbahn liegt. Dies könnte es Satellitenunternehmen ermöglichen, die Lebensdauer ihrer Weltraumanlagen um „noch ein paar Jahre“ zu verlängern, sagte Parrish.

„Bei geostationären Raumfahrzeugen passiert es typischerweise, dass ihnen der sogenannte stationäre Treibstoff ausgeht“, sagte er. „Dies ist der Treibstoff, der sie in Position hält, sodass ein Satellit, der über den Vereinigten Staaten oder dem Nahen Osten oder wo immer er seine Arbeit verrichtet, stationiert ist, dort bleibt.“ Dafür muss jedes Jahr eine bestimmte Menge Treibstoff als Treibstoff verwendet werden. Irgendwann geht ihnen der Treibstoff aus, normalerweise 15 bis 20 Jahre nach Beginn ihrer Lebensdauer. Dann sollen sie entsorgt werden, indem man sich in eine andere Umlaufbahn begibt und aus dem Weg geht, damit ein anderes Raumschiff in diesen Orbitalschlitz in der geosynchronen Umlaufbahn gelangen kann.“

Aus diesem Grund behalten Satelliten eine zusätzliche Menge Treibstoff, um diese letzte Reise antreten zu können. Stattdessen sagte Parrish, dass RSGS verwendet werden könnte, um die stillgelegten Satelliten zu ihrer letzten Ruhestätte zu transportieren, nachdem sie den letzten Tropfen Treibstoff für die Stationierung verbraucht haben.

Die Herausforderungen des Weltraums

Natürlich ist das alles nicht einfach. Parrish erläuterte einige der Herausforderungen, die beim Bau und Start des ersten RSGS-Raumschiffs bestehen. Zum einen ist der Weltraum eine verdammt unwirtliche Umgebung. Selbst im Vergleich zu einigen der gefährlicheren Gebiete der Erde bringt die geostationäre Umlaufbahn eine Reihe neuer Herausforderungen mit sich.

„[Sie] gehen von einer Temperatur, die das Wasser zum Kochen bringen würde, auf eine Temperatur weit unter eine Temperatur über, bei der das Wasser gefrieren würde“, sagte er. „Das passiert während einer Mission viele, viele Male. Stellen Sie sich vor: Einfrieren, Auftauen, Einfrieren, Auftauen, Einfrieren, Auftauen, immer und immer wieder. Die Temperaturextreme unterscheiden sich stark von dem, was man in einer Laborumgebung antreffen würde.“

Hinzu kommt das Problem der Schäden durch atmosphärische Strahlung, während das Vakuum des Weltraums dazu führt, dass herkömmliche Methoden zur Schmierung von Komponenten wie Motoren und Getrieben einfach nicht funktionieren. Eventuelle Schmierstoffe, die bei herkömmlichen Roboterarmen zum Einsatz kommen, würden augenblicklich verdampfen.

Hinzu kommt die Herausforderung, das RSGS-Raumschiff im Orbit zu manövrieren. Satelliten sind viele Dinge, aber eines sind sie nicht: besonders wendig und in der Lage, wie Autos auf einer Autobahn herumzurasen. RSGS ist jedoch kein gewöhnlicher Satellit. „Wir haben zusätzliche Triebwerke und zusätzlichen Treibstoff dabei, wodurch wir viel manövrierfähiger sind als ein typisches Raumschiff“, erklärte Parrish.

Der Roboter wird mithilfe einer Kombination aus autonomer Technologie und schrittweisen, vom Menschen programmierten Anweisungen gesteuert. Pläne für den Einsatz einer Fernsteuerung wurden durch die Zeitverzögerung beim Senden von Anweisungen in 37.000 Kilometern Höhe zunichte gemacht.

„In der Praxis zeigt sich, dass Menschen große Schwierigkeiten haben, Roboter mit dieser Zeitverzögerung zu teleoperieren“, sagte Parrish. „Sie können eine Viertelsekunde Zeitverzögerung von der Eingabe bis zu dem Zeitpunkt, an dem sie sehen, wie sich der Roboter in diese Richtung bewegt, um den Befehl auszuführen, verkraften.“ Nach zwei Sekunden sind wir irgendwie nicht mehr in der Lage, den Roboter per Joystick zu steuern.“

Der Start steht vor der Tür

Derzeit arbeitet das Team intensiv am Bau der Roboterarme und an der Entwicklung anderer Projektkomponenten wie der verschiedenen Greifwerkzeuge und Bordkameras. Die Tests sollen Ende nächsten Jahres oder Anfang 2022 stattfinden. Danach ist geplant, den Robotermechaniker im Jahr 2023 in die Umlaufbahn zu bringen. „Das mag für manche weit weg klingen, aber für mich als Projektmanager ist es gleich um die Ecke“, sagte Parrish.

Erwarten Sie jedoch nicht, dass es weiterhin einsam bleibt. „Wir hoffen, dass, wenn das erste RSGS erfolgreich ist, zahlreiche weitere entstehen werden“, sagte er.

Da es derzeit keinen Mangel an Satelliten im Orbit gibt und noch viele weitere in naher Zukunft starten werden, ist es wahrscheinlich, dass es für diesen Roboter nicht an Arbeit mangelt.

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