DARPA ehitab orbiidil olevate satelliitide parandamiseks robot-kosmosemehaanikut

USA sõjaväe jaoks uute tehnoloogiate väljatöötamise eest vastutav DARPA, kaitsealaste teadusuuringute projektide agentuur, ehitab uut kõrgtehnoloogilist kosmoselaeva – ja see on relvastatud. Kosmosejõudude ajastul ja kasvavad ohud nagu kütt-tapja satelliidid, see ei pruugi tunduda liiga üllatav. Aga sa saad valesti aru. DARPA uus kosmoselaev, mis on praegu arendusega seotud, on see relvastatud. Nagu ikka, on sellel käed. Nagu need, mida kasutate asjade haaramiseks.

Relvastatud robotid pole uued. Mehaanilised robotkäed on siin Maal üha laiemalt levinud. Robotikäed on harjunud teha keerukaid operatsioone ja flip burgereid. Merealuste uurimissõidukite külge kinnitatud neid on kasutatud vee all olevate vrakkide uurimiseks. Nad on harjunud avatud uksed, kahjutuks teha pommeja tuumaelektrijaamade tegevuse lõpetamine. Nad on päris mitmekülgsed. Kuid ruum on täiesti teine ​​teema.

Probleemid satelliitidega

Probleemi mõistmiseks kujutage ette järgmist stsenaariumi: ostate superauto. Sellel on kõikvõimalik kaasaegne luksus, kuna selles on kasutatud esmaklassilisi materjale, nagu titaan ja süsinik kiudtugevdatud epoksükomposiitmaterjalid oma tipptasemel mootorile, mis nuriseb nagu maailma kõige parem kallis kassipoeg. Ainult seal on konks. Kuigi auto on ehitatud kestma, ei tohi pärast müügiplatsilt maha sõitmist seda enam remontida ega isegi nokitseda. Mitte midagi. Nada. Zip. Seda pole võimalik isegi tanklasse viia, kui seda on vaja tankida. Hull, eks? Isegi kõige ekstravagantsemad spordistaarid, räpparid või rahvusvahelised relvamüüjad mõtleksid selle "tehingu" peale tõenäoliselt kaks korda.

See on täiesti analoogne olukorraga, mis meil praeguste satelliitide puhul on. Ja hinnasiltidega, mis võivad ületada miljardi dollari, muudavad tänapäeva tipptasemel satelliidid Bugattid ja McLarenid välja nagu rämps.

"Praegune viis, kuidas me kosmoselaevasid kasutame, lastakse need välja ja nad on [siis] põhiliselt oma ülejäänud elu," ütles DARPA programmijuht Joe Parrish. Geosünkroonsete satelliitide robotite teenindamine (RSGS) programmi, ütles Digital Trends. "Kui midagi läheb valesti või kui neil saab otsa kütus või mõni muu kulumaterjal, pole muud võimalust neid kosmoselaevu täiustada – kas või remont või täiendamine või uute võimaluste kasutuselevõtt … mis võib olla 20 aastat hiljem, kui nende tehnoloogiad pole enam parimad saadaval.”

Siin tulebki mängu DARPA lahendus. "RSGS-iga on meil kosmoseaparaat, mis näeb välja sarnane kaubandusliku satelliidiga, kuid millel on kaks robotkätt," ütles Parrish. "Ja neil robotkätel on vahetatavad tööriistad, mis võimaldavad mitmesuguseid toiminguid, sealhulgas haaramist sellest, mida me kutsume kliendi kosmoselaevaks [ja remonditööde teostamist]."

Osaliselt robotist meistrimees, osalt puksiirauto

Kui kõik läheb plaanipäraselt, tähendab see, et esimest korda ajaloos on võimalik teostada osavaid manipuleerimisülesandeid, et aidata fikseerida satelliite geosünkroonsel orbiidil. RSGS-i kosmoselaev ripub orbiidil, kuni see tööle hakatakse. Seejärel navigeerib see kõnealuse "kliendi kosmoselaeva" juurde, lukustub sellele autonoomselt, kasutades masinnägemise A.I.-d, ja asub seejärel teele. väliste hooldustööde tegemine selle satelliidi eluea pikendamiseks, vastupidavuse suurendamiseks ja töökindluse parandamiseks tulevikus operatsioonid. Seda saab kasutada isegi iseseisvate kasulike koormate paigaldamiseks.

RSGS-i kaks kätt on kumbki umbes 2 meetrit pikad, umbes kaks korda pikemad kui täiskasvanud inimese käsi. Viie sõrmega inimtüüpi käe asemel on see varustatud vahetatavate tööriistadega, mis on spetsialiseerunud mis tahes ülesande täitmiseks. Need ülesanded võivad hõlmata kinnijäänud päikesemassiivi või antenni nihutamist siia või sinna.

See võib isegi haarata kinni surevatest satelliitidest ja tõmmata need nagu "omamoodi puksiirauto" surnuaia orbiidile 300 kilomeetrit tavalisest geostatsionaarsest orbiidist kõrgemal. See võib võimaldada satelliidiettevõtetel pikendada oma kosmosevarade eluiga "veel mõne aasta võrra", ütles Parrish.

"Tavaliselt juhtub geostatsionaarsete kosmoselaevadega nii, et neil saab otsa jaama pidamise kütus," ütles ta. "See on kütus, mis hoiab neid paigal, nii et satelliit, mis asub Ameerika Ühendriikide või Lähis-Ida kohal või kus iganes see oma tööd teeb, jääb sinna. See nõuab igal aastal teatud koguse kütust, mida kasutatakse raketikütusena. Lõpuks saab neil kütus otsa, tavaliselt 15–20 aasta pärast. Seejärel tuleks need kõrvaldada, liikudes teisele orbiidile, liikudes teelt eemale, et teine ​​kosmoselaev saaks geosünkroonsel orbiidil sellesse orbitaalpilusse minna.

Sel põhjusel säilitavad satelliidid täiendavalt natuke kütust, mis võimaldab neil selle viimase teekonna teha. Selle asemel ütles Parrish, et RSGS-i saab kasutada kadunud satelliitide viimiseks nende lõplikku puhkepaika pärast seda, kui nad on ära kasutanud iga viimase tilga jaamakütust.

Kosmose väljakutsed

Ükski neist pole muidugi otsekohene. Parrish selgitas mõningaid väljakutseid, mis on seotud esimese RSGS-i kosmoselaeva ehitamise ja käivitamisega. Esiteks on ruum üsna ebasõbralik keskkond. Isegi võrreldes mõne Maa ohtlikuma maastikuga kaasneb geostatsionaarse orbiidiga hulgaliselt uusi väljakutseid.

"[Te] lähete temperatuurilt, mis keeb vett, tunduvalt madalamale temperatuurile, mis külmutaks vett," ütles ta. "Seda juhtub missiooni jooksul palju-mitu kordi. Kujutage ette, kuidas külmutate, sulatate, külmutate, sulatate, külmutate, sulatate, ikka ja jälle. Äärmuslikud temperatuurid on väga erinevad sellest, mida laborikeskkonnas kohtate.

Probleemiks on ka atmosfäärikiirguse kahjustus, samas kui ruumi vaakum tähendab, et traditsioonilised komponentide, nagu mootorid ja käigukastid, määrimismeetodid lihtsalt ei tööta. Kõik tavapärastel robotkätel kasutatavad määrdeained keeksid hetkega ära.

Seejärel on väljakutseks RSGS-i kosmoselaeva orbiidil manööverdamine. Satelliidid on palju asju, kuid üks asi, mida nad ei ole, on eriti väledad ja võimelised liikuma nagu autod kiirteel. RSGS pole siiski tavaline satelliit. "Me kanname täiendavaid tõukejõude ja lisakütust, mis muudab meid palju manööverdusvõimelisemaks kui tavaline kosmoselaev," selgitas Parrish.

Robotit juhitakse autonoomse tehnoloogia ja samm-sammult inimese programmeeritud juhiste kombinatsiooni abil. Kaugjuhtimispuldi kasutamise plaane torpedeeris viivitus juhiste saatmisel 37 000 kilomeetri kõrgusele Maast.

"Praktikas selgub, et inimestel on selle viivitusega robotite kaugjuhtimisega suuri raskusi," ütles Parrish. "Nad saavad hakkama veerandsekundilise viivitusega alates hetkest, mil nad midagi sisestavad, kuni hetkeni, mil nad näevad, et robot käsu täitmiseks selles suunas liigub. Kaks sekundit viivad meid kuidagi välja võimalusest robotit juhtkangiga juhtida.

Käivitamine on kohe nurga taga

Praegu töötab meeskond kõvasti robotkäte ehitamisel, lisaks arendab teisi projektikomponente, nagu erinevad haaratsitööriistad ja pardakaamerad. Testimine on kavas läbi viia järgmise aasta lõpus või 2022. aasta alguses. Pärast seda on plaanis roboti mehaanik 2023. aastal orbiidile saata. "See võib mõnele tunduda kaugel, kuid mulle kui projektijuhile on see kohe nurga taga," ütles Parrish.

Kuid ärge oodake, et see jääb üksildaseks. Loodame, et kui esimene RSGS on edukas, sünnib see arvukalt täiendavaid, ütles ta.

Kuna praegu orbiidil olevatest satelliitidest pole puudust ja lähitulevikus on neid veel palju, on see tõenäoliselt üks robot, millel pole tööpuudust.

Toimetajate soovitused

• See tähelepanuväärne kuju muutev robot võib ühel päeval suunduda Marsile
• Sellised satelliidid nagu SpaceXi Starlink segavad Hubble'i vaatlusi
• NASA Lunar Flashlight satelliit ei jõua oma kavandatud orbiidile
• Suur NASA satelliit kukub pärast aastakümneid orbiidil tagasi Maale
• Vaadake, kuidas SpaceX-i rakett lendab 90 sekundiga orbiidile ja tagasi