Veel technologieën die essentieel zijn voor het dagelijks leven - van communicatie tot GPS-navigatie tot weersvoorspellingen - vertrouwen op de duizenden satellieten die in een baan om de aarde draaien. Als die satellieten geen gas meer hebben en niet meer werken, er is momenteel niet veel dat kan worden gedaan om ze te repareren.

"Als een satelliet zonder brandstof komt te zitten, en je hebt geen manier om het bij te tanken, die satelliet stopt met werken, " zei John Wen, hoogleraar en hoofd van de afdeling Electrical, Computer, en Systems Engineering aan het Rensselaer Polytechnic Institute. "Wanneer dat gebeurt, een nieuwe satelliet wordt gelanceerd om de bestaande satelliet te vervangen."

Het is een kostbare, tijdrovend, en een steeds problematischer realiteit, aangezien kapotte satellieten deel gaan uitmaken van de groeiende populatie ruimtepuin. Een team van onderzoekers van Rensselaer, onder leiding van Wen, werken met NASA aan een oplossing:een robot die een satelliet in de ruimte kan vangen en naar binnen kan trekken om aan te meren, waar hij zou tanken.

"Ons deel van het onderzoek is om specifiek te kijken naar het transporteren van een enorme satelliet, dat ver boven de capaciteit van deze robotarm op aarde onder zwaartekracht ligt, ' zei Wen.

De robotarm wordt door Maxar Technologies voor NASA gebouwd om 2 meter lang en dun te zijn, zodat hij zo efficiënt mogelijk in de ruimte kan werken. Het heeft tandwielen en verbindingen waarmee het een grote satelliet aankan. Maar deze componenten introduceren ook flexibiliteit, Wen zei, wat een extra laag complexiteit toevoegt.

De onderzoekers van Rensselaer werken samen met NASA om complexe algoritmen te ontwikkelen die de beweging van de arm regelen, waardoor het een satelliet nauwkeurig kan transporteren en naar een ligplaats kan dokken om te tanken.

Wen vergelijkt het probleem met de moeilijkheid van het slepen van een enorme bus over het ijs in een hockeybaan. Net als het gladde ijs, het gebrek aan zwaartekracht verkleint de uitdaging om een ​​zwaar voorwerp te verplaatsen, maar het maakt de taak van het zorgvuldig controleren van zijn bewegingen niet noodzakelijk veel gemakkelijker.

"Er zal geen mens in de ruimte zijn om in te grijpen, " Zei Wen. "Het is allemaal afhankelijk van de grondoperator. Dus, we moeten uitgebreide simulatie doen, zowel in software, evenals in hardware, om ervoor te zorgen dat deze operatie veilig is."

Die simulaties worden gedaan, zowel rekenkundig als fysiek, in het Centre for Automation Technologies and Systems Lab in Rensselaer. Voor fysieke simulaties, het team maakt gebruik van een luchtgelagerde opstelling (een airhockeytafel, in wezen) waar een klein satellietmodel langs het oppervlak kan drijven, simulatie van een omgeving zonder zwaartekracht. Een kleinere robotarm modelleert de beweging die in de ruimte moet plaatsvinden.

"Het is echt geweldig om met NASA samen te werken aan een project waarbij de kans bestaat dat wat we ontwikkelen ook echt gebruikt gaat worden. " zei Kimberly Oakes, een doctoraatsstudent in de elektrotechniek. "Dat is een kans die je niet veel krijgt in het onderzoeksveld."

Het team van Wen werkt samen met de Satellite Servicing Projects Division van NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland, terwijl ze een reeks technologieën ontwikkelen die nodig zijn om een ​​satelliet in een baan om de aarde bij te tanken. Verder dan dat, Wen ziet andere toepassingen voor dit werk.

"Het wordt steeds moeilijker om zware ladingen in een baan om de aarde te vliegen, dus als we het hebben over een maanmissie, Mars-missie, enzovoort, steeds meer zal de montage in de ruimte moeten gebeuren, Wen zei. "De robottechnologie waar we nu aan werken, zal in de toekomst de basis vormen voor dergelijk werk."