DARPA buduje robotického vesmírneho mechanika na opravu satelitov na obežnej dráhe

DARPA, Agentúra pre pokročilé obranné výskumné projekty, ktorá je zodpovedná za vývoj nových technológií pre americkú armádu, stavia novú špičkovú kozmickú loď – a je vyzbrojená. Vo veku vesmírnych síl a narastajúce hrozby ako satelity lovcov a zabijakov, to nemusí znieť príliš prekvapivo. Ale ty to nechápeš. Nová kozmická loď DARPA, ktorá je v súčasnosti „v centre pozornosti“, pokiaľ ide o vývoj, je ozbrojený. Ako v, má ramená. Ako tie, ktoré používate na uchopenie vecí.

Ozbrojené roboty nie sú novinkou. Mechanické robotické ramená sú tu na Zemi čoraz rozšírenejšie. Robotické ramená boli zvyknuté vykonať komplexnú operáciu a preklápacie hamburgery. Pripojené k podmorským prieskumným vozidlám sa používali na sondovanie ponorených vrakov. Boli zvyknutí otvorené dvere, zneškodniť bomby, a vyraďovanie jadrových elektrární. Sú neskutočne všestranné. Priestor je však úplne iná záležitosť.

Problém so satelitmi

Aby ste pochopili problém, predstavte si tento scenár: Kúpite si superauto. Má každý možný moderný luxus vďaka použitiu prémiových materiálov, ako je titán a karbón vláknami vystužené epoxidové kompozity do svojho špičkového motora, ktorý pradie ako väčšina na svete drahé mačiatko. Len tam je háčik. Hoci bolo auto vyrobené tak, aby vydržalo, akonáhle ho odveziete z predajne, už ho nebudete môcť opravovať alebo sa s ním dokonca hrabať. Nič. Naďa. PSČ. Nie je možné ho ani odviezť na čerpaciu stanicu, keď je potrebné doplniť palivo. Šialené, však? Dokonca aj tie najextravagantnejšie športové hviezdy, rapperi alebo medzinárodní obchodníci so zbraňami by si tento „obchod“ pravdepodobne dvakrát rozmysleli.

Je to úplne analogické situácii, v ktorej sme s niektorými dnešnými satelitmi. A s cenovkami, ktoré môžu presiahnuť miliardu dolárov, vďaka dnešným špičkovým satelitom vyzerajú Bugatti a McLareny ako šmrncovná zmena.

„Súčasný spôsob, akým prevádzkujeme kozmické lode, sú vypustené a [potom] sú v podstate samy po zvyšok svojho života,“ Joe Parrish, programový manažér agentúry DARPA. Robotický servis geosynchrónnych satelitov (RSGS), povedal Digital Trends. „Ak sa niečo pokazí, alebo ak im dôjde palivo alebo iný spotrebný materiál, neexistuje žiadna iná metóda, ako ísť a vylepšiť tieto vesmírne lode – buď opravou alebo doplnením alebo umiestnením nových kapacít... to môže byť o 20 rokov neskôr, keď technológie na nich už nie sú najlepšie k dispozícii.”

Tu prichádza do hry riešenie DARPA. "S RSGS máme kozmickú loď, ktorá vyzerá podobne ako komerčný satelit, ale má na sebe dve robotické ramená," povedal Parrish. "A tieto robotické ramená majú vymeniteľné nástroje, ktoré umožňujú množstvo rôznych operácií, medzi ktoré patrí uchopenie toho, čo nazývame kozmická loď klienta [a vykonávanie opravárenských úloh."

Z časti robot kutil, z časti ťahák

Ak všetko pôjde podľa plánu, bude to znamenať, že po prvýkrát v histórii je možné vykonávať úlohy „šikovnej manipulácie“, aby sme pomohli opraviť satelity na geosynchrónnej obežnej dráhe. Kozmická loď RSGS bude visieť na obežnej dráhe, kým nebude povolaná do akcie. Potom naviguje k príslušnej „klientskej kozmickej lodi“, autonómne sa na ňu prichytí pomocou strojového videnia A.I. a potom sa vydá na cestu vykonávanie externých údržbárskych prác na predĺženie životnosti satelitu, zvýšenie odolnosti a zlepšenie spoľahlivosti pre budúcnosť operácií. Dalo by sa dokonca použiť na inštaláciu samostatných užitočných zaťažení.

Obe ramená RSGS sú dlhé približne 2 metre, čo je približne dvojnásobok dĺžky ramena dospelého človeka. Namiesto päťprstej ruky v ľudskom štýle je vybavený radom vymeniteľných nástrojov špecializovaných na akúkoľvek úlohu, ktorú má vykonávať. Tieto úlohy môžu zahŕňať postrčenie uviaznutého solárneho poľa alebo antény sem alebo tam.

Mohlo by dokonca uchopiť umierajúce satelity a vytiahnuť ich ako „druh ťahača“ na obežnú dráhu cintorína 300 kilometrov nad normálnou geostacionárnou dráhou. To by mohlo satelitným spoločnostiam umožniť predĺžiť životnosť svojich vesmírnych aktív o „ďalších niekoľko rokov“, povedal Parrish.

„Pri geostacionárnych kozmických lodiach sa zvyčajne stane, že im dôjde palivo, ktoré sa nazýva palivo na udržiavanie staníc,“ povedal. „Toto je palivo, ktoré ich drží na mieste, takže satelit, ktorý je umiestnený nad Spojenými štátmi alebo Blízkym východom alebo kdekoľvek, kde vykonáva svoju prácu, tam zostane. To si vyžaduje každý rok určité množstvo paliva, ktoré sa má použiť ako pohonná látka. Nakoniec sa im minie palivo, zvyčajne 15 až 20 rokov ich životnosti. Potom by sa mali zlikvidovať presunom na inú obežnú dráhu, vzdialením sa, aby sa iná kozmická loď mohla dostať do tejto orbitálnej štrbiny na geosynchrónnej obežnej dráhe."

Z tohto dôvodu si satelity ponechajú kúsok paliva navyše, čo im umožňuje vykonať túto poslednú cestu. Namiesto toho Parrish povedal, že RSGS by sa mohlo použiť na prepravu nefunkčných satelitov na miesto ich posledného odpočinku po tom, čo spotrebujú každú poslednú kvapku paliva na udržiavanie stanice.

Výzvy vesmíru

Nič z toho nie je jednoduché, samozrejme. Parrish vysvetlil niektoré z výziev, ktoré existujú pri budovaní a vypúšťaní prvej kozmickej lode RSGS. Po prvé, vesmír je dosť nehostinné prostredie. Dokonca aj v porovnaní s niektorými nebezpečnejšími terénmi na Zemi, geostacionárna dráha prichádza s množstvom nových výziev.

„Prechádzate z teploty, pri ktorej by voda zovrela, na teplotu výrazne pod teplotou, pri ktorej by voda zmrazila,“ povedal. "To sa stáva veľa, veľakrát počas misie." Predstavte si mrazenie, rozmrazovanie, mrazenie, rozmrazovanie, mrazenie, rozmrazovanie, znova a znova. Teplotné extrémy sú veľmi odlišné od toho, s čím by ste sa stretli v laboratórnom prostredí.“

Existuje tiež problém poškodenia atmosférickým žiarením, zatiaľ čo vákuum vo vesmíre znamená, že tradičné metódy mazania komponentov, ako sú motory a prevody, jednoducho nebudú fungovať. Akékoľvek mazivá používané na konvenčných ramenách robotov by sa okamžite vyvarili.

Potom je tu výzva, ako manévrovať s kozmickou loďou RSGS na obežnej dráhe. Satelitov je veľa vecí, ale jedna vec, ktorou nie sú, je mimoriadne svižná a schopná jazdiť ako autá na diaľnici. RSGS však nie je obyčajný satelit. "Máme ďalšie trysky a dodatočné palivo, vďaka čomu sme oveľa manévrovateľnejší ako typická kozmická loď," vysvetlil Parrish.

Robot je ovládaný pomocou kombinácie autonómnej technológie a krok za krokom, človekom naprogramovaných inštrukcií. Plány na použitie diaľkového ovládania boli torpédované časovým oneskorením odosielania pokynov vo výške 37 000 kilometrov nad Zemou.

"V praxi sa ukazuje, že ľudia majú veľké problémy s teleoperáciou robotov s takým časovým oneskorením," povedal Parrish. „Dokážu zvládnuť štvrťsekundové časové oneskorenie od okamihu, keď niečo zadajú, do času, keď uvidia, ako sa robot pohybuje týmto smerom, aby vykonal príkaz. Dve sekundy nás trochu zbavia možnosti ovládať robota joystickom.“

Spustenie je hneď za rohom

V súčasnosti tím usilovne pracuje na budovaní robotických ramien, ako aj na vývoji ďalších komponentov projektu, ako sú rôzne uchopovacie nástroje a palubné kamery. Testovanie sa plánuje uskutočniť koncom budúceho roka alebo začiatkom roku 2022. Potom je v pláne vypustiť robotického mechanika na obežnú dráhu v roku 2023. "Niektorým to môže znieť ďaleko, ale pre mňa ako projektového manažéra je to hneď za rohom," povedal Parrish.

Nečakajte však, že zostane osamelé. Dúfame, že ak bude prvá RSGS úspešná, prinesie mnoho ďalších, povedal.

Bez nedostatku satelitov, ktoré sú momentálne na obežnej dráhe, a mnohých ďalších, ktoré sa majú spustiť v blízkej budúcnosti, to bude pravdepodobne jeden robot, ktorý nebude mať nedostatok práce.

Odporúčania redaktorov

• Tento pozoruhodný robot meniaci tvar by mohol jedného dňa zamieriť na Mars
• Satelity ako Starlink od SpaceX narúšajú pozorovania Hubbleovho teleskopu
• Satelit NASA Lunar Flashlight sa nedostane na svoju plánovanú obežnú dráhu
• Veľký satelit NASA padá späť na Zem po desaťročiach na obežnej dráhe
• Sledujte, ako sa raketa SpaceX rúti na obežnú dráhu a späť za 90 sekúnd