DARPA bygger en robotisk rommekaniker for å fikse satellitter i bane

DARPA, Defense Advanced Research Projects Agency som er ansvarlig for å utvikle nye teknologier for det amerikanske militæret, bygger et nytt høyteknologisk romfartøy - og det er bevæpnet. I en tid med Space Force og spirende trusler som jeger-dreper satellitter, dette høres kanskje ikke så overraskende ut. Men du misforstår. DARPAs nye romfartøy, som for øyeblikket er "i tjukken" når det gjelder utvikling, er bevæpnet. Som i, den har armer. Som de du bruker til å ta tak i ting.

Bevæpnede roboter er ikke nye. Mekaniske robotarmer er stadig mer utbredt her på jorden. Robotarmer har vært vant til utføre kompleks kirurgi og snu burgere. Festet til undersjøiske letekjøretøyer, har de blitt brukt til å undersøke nedsenkede vrak. De har vært vant til åpne dører, uskadeliggjøre bomber, og avvikle kjernekraftverk. De er ganske allsidige. Men plass er en helt annen sak.

Problemet med satellitter

For å forstå problemet, se for deg dette scenariet: Du kjøper en superbil. Den har all mulig moderne luksus, fra bruken av førsteklasses materialer som titan og karbon fiberforsterkede epoksykompositter til dens førsteklasses motor, som spinner som verdens mest dyr kattunge. Bare det er en hake. Selv om bilen er bygget for å vare, har du ikke lenger lov til å reparere eller tukle med den når du først har kjørt den fra salgsplassen. Ingenting. Nada. Glidelås. Det er ikke engang mulig å ta den med til bensinstasjonen når den må fylles. Galt, ikke sant? Selv de mest ekstravagante sportsstjernene, rapperne eller internasjonale våpenhandlere vil sannsynligvis tenke seg om to ganger på den "avtalen".

Dette er helt analogt med situasjonen vi er i med noen av dagens satellitter. Og med prislapper som kan overstige en milliard dollar, får dagens toppsatellitter Bugattis og McLarens til å se ut som chump change.

"Den nåværende måten vi opererer romfartøyer på, de blir skutt opp, og de er [da] i hovedsak på egenhånd for resten av livet," Joe Parrish, programleder for DARPAs Robotservice av geosynkrone satellitter (RSGS)-programmet, fortalte Digital Trends. "Hvis noe går galt, eller hvis de går tom for drivstoff eller andre forbruksvarer, er det ingen annen metode for å gå og forbedre disse romfartøyene - enten ved hjelp av reparasjon eller etterfylling eller ved å plassere nye evner … som kanskje kan være 20 år senere, der teknologiene på dem ikke lenger er de beste tilgjengelig."

Det er der DARPAs løsning kommer inn i bildet. "Med RSGS har vi et romfartøy som ligner på en kommersiell satellitt, men som har to robotarmer på seg," sa Parrish. "Og disse robotarmene har utskiftbare verktøy som tillater en rekke forskjellige operasjoner som inkluderer å gripe tak i det vi kaller klientromfartøyet [og utføre reparasjonsoppgaver.]"

Dels robot altmuligmann, dels bergingsbil

Skulle alt gå etter planen, vil det bety at det for første gang i historien er mulig å utføre "flinke manipulasjons"-oppgaver for å hjelpe med å fikse satellitter i geosynkron bane. RSGS-romfartøyet vil henge i bane til det blir kalt til handling. Den vil deretter navigere til det aktuelle "klient-romfartøyet", låse seg på det autonomt ved hjelp av maskinsyn A.I., og deretter sette i gang utføre eksternt vedlikeholdsarbeid for å forlenge satellittens levetid, øke motstandskraften og forbedre påliteligheten for fremtiden operasjoner. Den kan til og med brukes til å installere selvstendige nyttelaster.

RSGSs to armer er hver omtrent 2 meter lange, omtrent dobbelt så lange som en voksen menneskearm. I stedet for en femfingret hånd i menneskelig stil er den utstyrt med en serie utskiftbare verktøy spesialisert for hvilken oppgave den skal utføre. Disse oppgavene kan innebære å dytte en fast solcellepanel eller antenne her eller der.

Den kunne til og med gripe tak i døende satellitter og trekke dem, som en «slags bergingsbil», inn i kirkegårdsbane 300 kilometer over normal geostasjonær bane. Dette kan tillate satellittselskaper å forlenge levetiden til romfartene sine med «ytterligere noen år», sa Parrish.

"Det som vanligvis skjer med geostasjonære romfartøyer er at de går tom for det som kalles stasjonsholdende drivstoff," sa han. "Dette er drivstoffet som holder dem i posisjon, slik at en satellitt som er stasjonert over USA eller Midtøsten eller hvor den gjør jobben sin forblir der. Det krever en viss mengde drivstoff hvert år for å bli brukt som drivmiddel. Til slutt går de tom for drivstoff, vanligvis 15 til 20 år inn i livet. Deretter skal de fjernes ved å flytte inn i en annen bane, bevege seg ut av veien slik at et annet romfartøy kan gå inn i det banesporet i geosynkron bane.»

Av denne grunn beholder satellitter litt ekstra drivstoff, slik at de kan gjøre denne siste reisen. I stedet for dette sa Parrish at RSGS kunne brukes til å transportere de nedlagte satellittene til deres siste hvilested etter at de har brukt opp hver siste dråpe stasjonsholdende drivstoff.

Utfordringene i rommet

Ingenting av dette er enkelt, selvfølgelig. Parrish forklarte noen av utfordringene som finnes med å bygge og lansere det første RSGS-romfartøyet. For det første er plass et ganske ugjestmildt miljø. Selv sammenlignet med noe av det mer farlige terrenget på jorden, kommer geostasjonær bane med en rekke nye utfordringer.

"[Du] går fra en temperatur som ville koke vann ned til godt under en temperatur som ville fryse vann," sa han. «Det skjer mange, mange ganger gjennom et oppdrag. Se for deg å fryse, tine, fryse, tine, fryse, tine, om og om igjen. Temperaturekstremitetene er veldig annerledes enn det du vil møte i et laboratoriemiljø."

Det er også problemet med skade fra atmosfærisk stråling, mens vakuumet i rommet betyr at tradisjonelle metoder for å smøre komponenter som motorer og gir rett og slett ikke vil fungere. Eventuelle smøremidler som brukes på konvensjonelle robotarmer vil bli kokt av på et øyeblikk.

Så er det utfordringen med å manøvrere RSGS-romfartøyet i bane. Satellitter er mange ting, men en ting de ikke er er spesielt kvikk og i stand til å glide rundt som biler på en motorvei. RSGS er imidlertid ingen vanlig satellitt. "Vi har ekstra thrustere og ekstra drivstoff som gjør oss mye mer manøvrerbare enn et typisk romfartøy," forklarte Parrish.

Roboten styres ved hjelp av en kombinasjon av autonom teknologi og steg-for-steg, menneskeprogrammerte instruksjoner. Planer om å bruke fjernkontroll ble torpedert av tidsforsinkelsen i å sende instruksjoner 37 000 kilometer over jorden.

"Det viser seg i praksis at mennesker har store problemer med å teleoperere roboter med så mye tidsforsinkelse," sa Parrish. "De kan håndtere et kvarters tidsforsinkelse fra de legger inn noe til de ser roboten bevege seg i den retningen for å utføre kommandoen. To sekunder tar oss på en måte ut av å kunne styre roboten.»

Lanseringen er rett rundt hjørnet

For tiden jobber teamet hardt med å bygge robotarmene, i tillegg til å utvikle andre prosjektkomponenter som de forskjellige gripeverktøyene og kameraene ombord. Testingen er planlagt å finne sted sent neste år eller tidlig i 2022. Etter det er planen å lansere robotmekanikeren i bane i 2023. "Det høres kanskje langt borte for noen, men for meg som prosjektleder er det rett rundt hjørnet," sa Parrish.

Ikke forvent at det forblir ensomt. Vi håper at hvis den første RSGS blir vellykket, vil det skape mange flere, sa han.

Uten mangel på satellitter for øyeblikket i bane, og mye mer å lansere i nær fremtid, er dette sannsynligvis en robot som ikke har mangel på arbeid tilgjengelig.

Redaktørenes anbefalinger

• Denne bemerkelsesverdige formskiftende roboten kan en dag dra til Mars
• Satellitter som SpaceXs Starlink forstyrrer Hubble-observasjoner
• NASAs Lunar Flashlight-satellitt kommer ikke til sin planlagte bane
• Stor NASA-satellitt faller tilbake til jorden etter flere tiår i bane
• Se en SpaceX-rakett suser til bane og tilbake på 90 sekunder