DARPA bygger en robotrymdmekaniker för att fixa satelliter i omloppsbana

DARPA, Defense Advanced Research Projects Agency som är ansvarig för att utveckla ny teknik för den amerikanska militären, bygger en ny högteknologisk rymdfarkost – och den är beväpnad. I en tid av Space Force och spirande hot som jägare-mördarsatelliter, det kanske inte låter så överraskande. Men du missförstår. DARPA: s nya rymdfarkost, som för närvarande är "i mitten av det" när det gäller utveckling, är väpnad. Som i, den har armar. Som de du använder för att ta tag i saker.

Beväpnade robotar är inte nya. Mekaniska robotarmar är alltmer utbredda här på jorden. Robotarmar har varit vana vid utföra komplex operation och vänd hamburgare. De har använts för att undersöka vrak under vatten. De har varit vana vid öppna dörrar, desarmera bomber, och avveckla kärnkraftverk. De är jävligt mångsidiga. Men rymden är en helt annan sak.

Problemet med satelliter

För att förstå problemet, föreställ dig det här scenariot: Du köper en superbil. Den har all möjlig modern lyx, från dess användning av premiummaterial som titan och kol fiberförstärkta epoxikompositer till sin toppmotor, som spinner som världens mest dyr kattunge. Bara det finns en hake. Även om bilen har byggts för att hålla, så får du inte längre reparera eller ens mixtra med den när du väl har kört den från försäljningsplatsen. Ingenting. Nada. Blixtlås. Det går inte ens att ta den till bensinstationen när den behöver tankas. Galet, eller hur? Till och med de mest extravaganta sportstjärnorna, rapparna eller internationella vapenhandlare skulle förmodligen tänka två gånger på den "affären".

Detta är helt analogt med situationen vi befinner oss i med några av dagens satelliter. Och med prislappar som kan överstiga en miljard dollar, får dagens toppmoderna satelliter Bugattis och McLarens att se ut som tumbyte.

"Det nuvarande sättet som vi använder rymdfarkoster, de är uppskjutna och de är [då] i huvudsak på egen hand för resten av sina liv," Joe Parrish, programchef för DARPA: s Robotservice av geosynkrona satelliter (RSGS) program, berättade för Digital Trends. "Om något går fel, eller om de får slut på bränsle eller någon annan förbrukningsvara, finns det ingen annan metod att gå och förbättra dessa rymdfarkoster - antingen genom reparation eller påfyllning eller genom att placera nya funktioner... som kanske kan vara 20 år senare, där teknologierna på dem inte längre är de bästa tillgängliga."

Det är där DARPAs lösning kommer in i bilden. "Med RSGS har vi en rymdfarkost som liknar en kommersiell satellit, men som har två robotarmar på sig," sa Parrish. "Och dessa robotarmar har utbytbara verktyg som tillåter en mängd olika operationer som inkluderar att greppa vad vi kallar klientrymdfarkosten [och utföra reparationsuppgifter.]"

Dels robothantverkare, dels bärgningsbil

Skulle allt gå enligt planerna kommer det att innebära att det för första gången i historien är möjligt att utföra "skicklig manipulation" för att hjälpa till att fixa satelliter i geosynkron bana. Rymdfarkosten RSGS kommer att hänga i omloppsbana tills den kallas till handling. Den kommer sedan att navigera till "klientrymdfarkosten" i fråga, låsa sig på den självständigt med hjälp av maskinseende A.I. och sedan sätta igång utföra externt underhållsarbete för att förlänga satellitens livslängd, förbättra motståndskraften och förbättra tillförlitligheten för framtiden operationer. Den kan till och med användas för att installera fristående nyttolaster.

RSGS: s två armar är var och en cirka 2 meter långa, ungefär dubbelt så lång som en vuxen mänsklig arm. I stället för en femfingrad hand i mänsklig stil är den utrustad med en serie utbytbara verktyg som är specialiserade för vilken uppgift den än ska utföra. Dessa uppgifter kan innebära att man knuffar en solpanel eller antenn som har fastnat hit eller dit.

Den kunde till och med gripa tag i döende satelliter och dra dem, som en "slags bärgningsbil", in i kyrkogårdsomloppsbana 300 kilometer över normal geostationär omloppsbana. Detta kan tillåta satellitföretag att förlänga livslängden på sina rymdtillgångar med "ytterligare några år", sa Parrish.

"Vad som vanligtvis händer med geostationära rymdfarkoster är att de får slut på det som kallas stationsbevarande bränsle," sa han. "Det här är bränslet som håller dem på plats, så att en satellit som är stationerad över USA eller Mellanöstern eller var den än gör sitt jobb stannar där. Det kräver en viss mängd bränsle varje år för att användas som drivmedel. Så småningom får de slut på bränsle, vanligtvis 15 till 20 år in i deras livstid. Sedan är det meningen att de ska kasseras genom att flytta in i en annan omloppsbana, flytta sig ur vägen så att en annan rymdfarkost kan gå in i den omloppsbanan i geosynkron bana.”

Av denna anledning behåller satelliter en extra bit bränsle, vilket gör att de kan göra denna sista resa. Istället för detta sa Parrish att RSGS kunde användas för att transportera de nedlagda satelliterna till deras sista viloplats efter att de förbrukat varenda droppe stationshållande bränsle.

Rymdens utmaningar

Inget av detta är självklart. Parrish förklarade några av utmaningarna som finns med att bygga och lansera den första RSGS-rymdfarkosten. För det första är rymden en ganska jäkla ogästvänlig miljö. Även jämfört med några av de mer farliga terrängerna på jorden, kommer geostationär omloppsbana med en rad nya utmaningar.

"[Du] går från en temperatur som skulle koka ner vatten till långt under en temperatur som skulle frysa vatten," sa han. "Det händer många, många gånger under ett uppdrag. Föreställ dig att frysa, tina, frysa, tina, frysa, tina, om och om igen. Temperaturextrema är mycket annorlunda än vad du skulle stöta på i en laboratoriemiljö."

Det finns också frågan om skador från atmosfärisk strålning, medan utrymmets vakuum gör att traditionella metoder för att smörja komponenter som motorer och växlar helt enkelt inte fungerar. Alla smörjmedel som används på konventionella robotarmar skulle kokas bort på ett ögonblick.

Sedan finns det utmaningen att manövrera RSGS-rymdfarkosten i omloppsbana. Satelliter är många saker, men en sak som de inte är är särskilt smidiga och kapabla att snurra runt som bilar på en motorväg. RSGS är dock ingen vanlig satellit. "Vi har ytterligare thrusters och extra bränsle som gör oss mycket mer manövrerbara än en vanlig rymdfarkost," förklarade Parrish.

Roboten styrs med hjälp av en kombination av autonom teknik och steg-för-steg, mänskligt programmerade instruktioner. Planerna på att använda fjärrkontroll torpederades av tidsfördröjningen i att skicka instruktioner 37 000 kilometer över jorden.

"Det visar sig i praktiken att människor har stora svårigheter att fjärroperera robotar med den tidsfördröjningen", sa Parrish. "De kan hantera en kvarts sekunds tidsfördröjning från det att de matar in något till det att de ser roboten röra sig i den riktningen för att utföra kommandot. Två sekunder tar oss bort från att kunna styra roboten.”

Lanseringen är precis runt hörnet

För närvarande arbetar teamet hårt med att bygga robotarmarna, förutom att utveckla andra projektkomponenter som de olika gripverktygen och kamerorna ombord. Testning är planerad att ske i slutet av nästa år eller i början av 2022. Efter det är planen att skjuta upp robotmekanikern i omloppsbana 2023. "Det kanske låter långt borta för vissa, men för mig som projektledare är det precis runt hörnet," sa Parrish.

Förvänta dig dock inte att det förblir ensamt. Vi hoppas att om den första RSGS blir framgångsrik, kommer det att skapa många fler, sa han.

Utan brist på satelliter för närvarande i omloppsbana, och mycket mer att skjuta upp inom en snar framtid, kommer detta sannolikt att vara en robot som inte har någon brist på arbete tillgängligt.

Redaktörens rekommendationer

• Denna anmärkningsvärda formskiftande robot kan en dag bege sig till Mars
• Satelliter som SpaceXs Starlink stör Hubble-observationer
• NASA: s Lunar Flashlight-satellit kommer inte att nå sin planerade omloppsbana
• Stor NASA-satellit faller tillbaka till jorden efter decennier i omloppsbana
• Se en SpaceX-raket skynda till omloppsbana och tillbaka på 90 sekunder