DARPA กำลังสร้างกลไกอวกาศหุ่นยนต์เพื่อแก้ไขดาวเทียมในวงโคจร

DARPA ซึ่งเป็นหน่วยงานโครงการวิจัยขั้นสูงด้านกลาโหมซึ่งรับผิดชอบในการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่สำหรับกองทัพสหรัฐฯ กำลังสร้างยานอวกาศที่มีเทคโนโลยีสูงลำใหม่ — และมีอาวุธยุทโธปกรณ์ ในยุคของกองทัพอวกาศและ ภัยคุกคามที่ลุกลาม เช่น ดาวเทียมนักล่า-นักฆ่านี่อาจฟังดูไม่น่าแปลกใจนัก แต่คุณเข้าใจผิด ยานอวกาศใหม่ของ DARPA ซึ่งปัจจุบัน "อยู่ในขั้นหนา" เมื่อพูดถึงการพัฒนาคือ ติดอาวุธ. อย่างที่มันมีอาวุธ เช่นเดียวกับที่คุณใช้หยิบสิ่งของ

หุ่นยนต์ติดอาวุธไม่ใช่เรื่องใหม่ แขนกลหุ่นยนต์แพร่หลายมากขึ้นบนโลกนี้ แขนหุ่นยนต์ถูกนำมาใช้เพื่อ ทำการผ่าตัดที่ซับซ้อน และ พลิกเบอร์เกอร์. พวกมันติดอยู่กับยานพาหนะสำรวจใต้ทะเล และถูกใช้เพื่อสำรวจซากเรือที่จมอยู่ใต้น้ำ พวกเขาเคยชินกับ เปิดประตู, กลบเกลื่อนระเบิด, และ การรื้อถอนโรงไฟฟ้านิวเคลียร์. พวกมันค่อนข้างอเนกประสงค์ แต่พื้นที่เป็นอีกเรื่องหนึ่งโดยสิ้นเชิง

ปัญหาเกี่ยวกับดาวเทียม

เพื่อให้เข้าใจปัญหา ลองจินตนาการถึงสถานการณ์นี้: คุณซื้อซุปเปอร์คาร์ มีความหรูหราทันสมัยทุกอย่างที่เป็นไปได้ จากการใช้วัสดุระดับพรีเมียม เช่น ไทเทเนียมและคาร์บอน คอมโพสิตอีพอกซีเสริมแรงด้วยไฟเบอร์ไปจนถึงเครื่องยนต์ระดับแนวหน้าซึ่งมีเสียงฟี้อย่างเสียงฟี้อย่างเอิกเกริกมากที่สุดในโลก ลูกแมวราคาแพง มีเพียงการจับเท่านั้น แม้ว่ารถจะถูกสร้างขึ้นมาให้มีอายุการใช้งานยาวนาน แต่เมื่อคุณขับออกจากล็อตขายแล้ว คุณจะไม่ได้รับอนุญาตให้ซ่อมแซมหรือซ่อมแซมมันอีกต่อไป ไม่มีอะไร. นาดา. ซิป. ไม่สามารถนำไปที่ปั๊มน้ำมันได้เมื่อจำเป็นต้องเติมน้ำมัน บ้าใช่มั้ย? แม้แต่ดารากีฬา แร็ปเปอร์ หรือพ่อค้าอาวุธระดับนานาชาติที่ฟุ่มเฟือยที่สุดก็อาจจะคิดซ้ำสองเกี่ยวกับ "ข้อตกลง" นั้น

สิ่งนี้คล้ายคลึงกับสถานการณ์ที่เราเผชิญอยู่กับดาวเทียมบางดวงในปัจจุบัน และด้วยป้ายราคาที่อาจเกินกว่าพันล้านดอลลาร์ ดาวเทียมชั้นนำในปัจจุบันทำให้ Bugattis และ McLarens ดูเหมือนการเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่

“แนวทางที่เราใช้งานยานอวกาศในปัจจุบัน พวกมันถูกปล่อยออกไป และพวกมัน [จากนั้น] ก็ต้องอยู่ด้วยตัวของมันเองไปตลอดชีวิต” Joe Parrish ผู้จัดการโครงการของ DARPA’s การบริการหุ่นยนต์ของดาวเทียมจีโอซิงโครนัส โปรแกรม (RSGS) บอกกับ Digital Trends “หากมีอะไรผิดพลาด หรือหากเชื้อเพลิงหรือวัสดุสิ้นเปลืองอื่นๆ หมด ก็ไม่มีวิธีอื่นใดที่จะปรับปรุงยานอวกาศเหล่านั้นได้ ไม่ว่าจะด้วยวิธีใดก็ตาม ซ่อมแซมหรือต่อเติมหรือเพิ่มขีดความสามารถใหม่…ซึ่งอาจนานถึง 20 ปี ซึ่งเทคโนโลยีที่มีอยู่ไม่ใช่สิ่งที่ดีที่สุดอีกต่อไป มีอยู่."

นั่นคือจุดที่โซลูชันของ DARPA เข้ามามีบทบาท “ด้วย RSGS เรามียานอวกาศที่มีลักษณะคล้ายกับดาวเทียมเชิงพาณิชย์ แต่มีแขนหุ่นยนต์สองอันอยู่บนนั้น” Parrish กล่าว “และแขนหุ่นยนต์เหล่านั้นมีเครื่องมือที่เปลี่ยนได้ซึ่งช่วยให้สามารถปฏิบัติการได้หลากหลาย ซึ่งรวมถึงการจับสิ่งที่เราเรียกว่ายานอวกาศไคลเอนต์ [และการปฏิบัติงานซ่อมแซม]”

หุ่นยนต์ช่างซ่อมบำรุง, หุ่นยนต์ลากจูง

หากทุกอย่างเป็นไปตามแผน นั่นหมายความว่าเป็นครั้งแรกในประวัติศาสตร์ที่เป็นไปได้ที่จะดำเนินงาน "การจัดการอย่างคล่องแคล่ว" เพื่อช่วยแก้ไขดาวเทียมในวงโคจรจีโอซิงโครนัส ยานอวกาศ RSGS จะออกไปเที่ยวในวงโคจรจนกว่าจะถูกเรียกปฏิบัติ จากนั้นมันจะนำทางไปยัง “ยานอวกาศไคลเอนต์” ที่ต้องการ ยึดเข้ากับมันโดยอัตโนมัติโดยใช้ Machine Vision A.I. จากนั้นจึงเริ่มต้น ดำเนินงานบำรุงรักษาภายนอกเพื่อยืดอายุการใช้งานของดาวเทียม เพิ่มความยืดหยุ่น และปรับปรุงความน่าเชื่อถือในอนาคต การดำเนินงาน มันยังสามารถใช้เพื่อติดตั้งเพย์โหลดที่มีในตัวเองได้อีกด้วย

แขนทั้งสองข้างของ RSGS มีความยาวแต่ละข้างประมาณ 2 เมตร ซึ่งยาวประมาณสองเท่าของแขนมนุษย์ที่โตเต็มวัย แทนที่จะเป็นมือแบบมนุษย์ที่มีห้านิ้ว มันมีชุดเครื่องมือที่สามารถเปลี่ยนได้ซึ่งมีไว้สำหรับงานใดก็ตามที่มันควรจะทำ งานเหล่านั้นอาจเกี่ยวข้องกับการดันแผงโซลาร์เซลล์หรือเสาอากาศที่ติดอยู่ตรงนี้หรือตรงนั้น

มันสามารถจับดาวเทียมที่กำลังจะตายแล้วดึงพวกมันเหมือนกับ "รถบรรทุกพ่วง" เข้าสู่วงโคจรสุสานที่อยู่เหนือวงโคจรค้างฟ้าปกติ 300 กิโลเมตร สิ่งนี้อาจทำให้บริษัทดาวเทียมสามารถยืดอายุทรัพย์สินอวกาศของตนได้อีก “ไม่กี่ปี” Parrish กล่าว

“โดยปกติแล้วสิ่งที่เกิดขึ้นกับยานอวกาศที่ค้างอยู่ในอวกาศก็คือสิ่งที่เรียกว่าเชื้อเพลิงรักษาสถานีจะหมด” เขากล่าว “นี่คือเชื้อเพลิงที่ทำให้พวกเขาอยู่ในตำแหน่ง เพื่อให้ดาวเทียมที่ประจำการในสหรัฐอเมริกา ตะวันออกกลาง หรือที่ใดก็ตามที่ทำงานอยู่ที่นั่น ซึ่งต้องใช้เชื้อเพลิงจำนวนหนึ่งทุกปีเพื่อใช้เป็นเชื้อเพลิงขับเคลื่อน ในที่สุดน้ำมันเชื้อเพลิงก็จะหมดลง โดยปกติจะใช้เวลา 15 ถึง 20 ปีในชีวิต จากนั้นพวกมันก็ควรจะถูกกำจัดโดยการเคลื่อนที่ไปยังวงโคจรอื่น โดยเคลื่อนออกไปเพื่อให้ยานอวกาศอื่นสามารถเข้าไปในช่องวงโคจรนั้นในวงโคจรจีโอซิงโครนัสได้”

ด้วยเหตุนี้ ดาวเทียมจึงกักเก็บเชื้อเพลิงไว้เล็กน้อยเพื่อให้สามารถเดินทางครั้งสุดท้ายได้ แทนที่จะเป็นเช่นนี้ Parrish กล่าวว่า RSGS สามารถใช้เพื่อขนส่งดาวเทียมที่เสียชีวิตไปยังสถานที่พำนักแห่งสุดท้ายได้หลังจากที่พวกเขาใช้เชื้อเพลิงรักษาสถานีทุกหยดสุดท้าย

ความท้าทายของอวกาศ

ไม่มีอะไรตรงไปตรงมาแน่นอน Parrish อธิบายความท้าทายบางประการที่เกิดขึ้นกับการสร้างและปล่อยยานอวกาศ RSGS ลำแรก ประการหนึ่ง พื้นที่เป็นสภาพแวดล้อมที่ไม่เอื้ออำนวยเลยทีเดียว แม้จะเปรียบเทียบกับภูมิประเทศที่เป็นอันตรายมากกว่าบนโลก วงโคจรค้างฟ้ายังมาพร้อมกับความท้าทายใหม่ๆ มากมาย

“[คุณ] เปลี่ยนจากอุณหภูมิที่สามารถต้มน้ำลงไปจนต่ำกว่าอุณหภูมิที่จะทำให้น้ำกลายเป็นน้ำแข็ง” เขากล่าว “นั่นเกิดขึ้นหลายครั้งตลอดภารกิจ ลองนึกภาพการแช่แข็ง การละลาย การเยือกแข็ง การละลาย การเยือกแข็ง การละลาย ซ้ำแล้วซ้ำอีก อุณหภูมิสุดขั้วนั้นแตกต่างจากที่คุณจะพบในสภาพแวดล้อมในห้องปฏิบัติการอย่างมาก”

นอกจากนี้ยังมีปัญหาความเสียหายจากการแผ่รังสีในชั้นบรรยากาศ ในขณะที่สุญญากาศในอวกาศหมายความว่าวิธีการหล่อลื่นส่วนประกอบแบบเดิมๆ เช่น มอเตอร์และเกียร์จะไม่ได้ผล สารหล่อลื่นใดๆ ที่ใช้กับแขนหุ่นยนต์ทั่วไปจะถูกต้มให้หมดในทันที

จากนั้นก็มีความท้าทายในการเคลื่อนยานอวกาศ RSGS ในวงโคจร ดาวเทียมมีหลายสิ่งหลายอย่าง แต่สิ่งหนึ่งที่ไม่เป็นเช่นนั้นคือความว่องไวเป็นพิเศษและสามารถเคลื่อนไปมาได้เหมือนกับรถยนต์บนทางด่วน RSGS ไม่ใช่ดาวเทียมธรรมดาอย่างไรก็ตาม “เรามีตัวขับดันและเชื้อเพลิงเพิ่มเติมซึ่งทำให้เราคล่องแคล่วมากกว่ายานอวกาศทั่วไป” Parrish อธิบาย

หุ่นยนต์ถูกควบคุมโดยใช้การผสมผสานระหว่างเทคโนโลยีอัตโนมัติและคำสั่งแบบทีละขั้นตอนที่มนุษย์ตั้งโปรแกรมไว้ แผนการใช้รีโมตคอนโทรลประสบความล้มเหลวเนื่องจากความล่าช้าในการส่งคำสั่งที่ระดับความสูง 37,000 กิโลเมตรเหนือพื้นโลก

“ปรากฎว่าในทางปฏิบัติมนุษย์มีความยากลำบากอย่างมากในการเคลื่อนย้ายหุ่นยนต์ด้วยการหน่วงเวลาขนาดนั้น” Parrish กล่าว “พวกเขาสามารถจัดการกับการหน่วงเวลาหนึ่งในสี่ของวินาทีได้ตั้งแต่เวลาที่ป้อนบางอย่างไปจนถึงเวลาที่เห็นหุ่นยนต์เคลื่อนที่ไปในทิศทางนั้นเพื่อดำเนินการตามคำสั่ง สองวินาทีทำให้เราไม่สามารถควบคุมหุ่นยนต์ได้”

การเปิดตัวอยู่ใกล้แค่เอื้อม

ปัจจุบัน ทีมงานกำลังทำงานอย่างหนักในการสร้างแขนหุ่นยนต์ นอกเหนือจากการพัฒนาส่วนประกอบอื่นๆ ของโครงการ เช่น เครื่องมือมือจับต่างๆ และกล้องในตัว การทดสอบมีกำหนดจะมีขึ้นในปลายปีหน้าหรือต้นปี 2022 หลังจากนั้นมีแผนจะส่งช่างหุ่นยนต์ขึ้นสู่วงโคจรในปี 2566 “นั่นอาจฟังดูห่างไกลสำหรับบางคน แต่สำหรับฉันในฐานะผู้จัดการโครงการ มันอยู่ใกล้แค่เอื้อม” Parrish กล่าว

อย่าคาดหวังว่ามันจะยังเหงาอยู่ เราหวังว่าหาก RSGS แรกประสบความสำเร็จ ก็จะเกิดรายการเพิ่มเติมอีกมากมาย เขากล่าว

เนื่องจากการขาดแคลนดาวเทียมในวงโคจรในปัจจุบัน และอื่นๆ อีกมากมายที่จะเปิดตัวในอนาคตอันใกล้นี้ จึงน่าจะเป็นหุ่นยนต์ตัวหนึ่งที่ยังขาดแคลนงานอยู่

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• หุ่นยนต์เปลี่ยนรูปร่างอันน่าทึ่งนี้สามารถมุ่งหน้าไปยังดาวอังคารได้ในวันหนึ่ง
• ดาวเทียมเช่น Starlink ของ SpaceX กำลังขัดขวางการสังเกตการณ์ของฮับเบิล
• ดาวเทียม Lunar Lights ของ NASA จะไม่เข้าสู่วงโคจรตามที่วางแผนไว้
• ดาวเทียม NASA ขนาดใหญ่ตกลงสู่พื้นโลกหลังจากอยู่ในวงโคจรมานานหลายทศวรรษ
• ชมจรวด SpaceX พุ่งขึ้นสู่วงโคจรและถอยหลังใน 90 วินาที