Als je iets in de ruimte wilt bouwen of repareren, je zou denken dat je een mens nodig hebt om het te doen. Maar wat als je dat niet deed? Wat als robot ruimtevaartuigen zouden kunnen worden gebruikt om satellieten in een baan om de aarde bij te tanken, nieuwe instrumenten toevoegen aan verouderde machines en zelfs hele constructies bouwen in de ruimte?

Van dit idee van service in de ruimte is lang gedroomd, maar het wordt nu werkelijkheid. Vorige maand nog legde een satelliet van het Amerikaanse defensiebedrijf Northrop Grumman aan bij een andere satelliet in een baan om de aarde. waardoor zijn levensduur nog enkele jaren wordt verlengd en een opwindend nieuw tijdperk wordt ingeluid voor robotmissies in een baan om de aarde.

Met meer dan 3, 000 dode satellieten in een baan om de aarde vandaag, het vinden van manieren om oude satellieten met robots te repareren, kan ons helpen de hoeveelheid ruimteafval rond de aarde te verminderen. En als we ook ruimtevaartuigen kunnen gebruiken om structuren in een baan om de aarde te bouwen, het zou in de toekomst nieuwe deuren kunnen openen voor spannende ruimtemissies.

Afspreken en aanmeren

Een van de grootste uitdagingen bij het uitvoeren van service in de ruimte is om twee ruimtevaartuigen samen te brengen en in een baan om de aarde aan te meren. Om ruimterobotica succesvol te maken, bedrijven moeten ervoor zorgen dat ze een doelruimtevaartuig langzaam en veilig kunnen naderen, en vervolgens eraan vastmaken zonder schade aan te richten.

De Northrop Grumman-missie was opmerkelijk omdat het doelruimtevaartuig niet was ontworpen om te worden onderhouden. Maar, merkt Sabrina Andiappane op van satellietspecialisten Thales Alenia Space in Frankrijk, die een project genaamd EROSS coördineert, als we satellieten kunnen lanceren met het oog op onderhoud, dan kan het proces worden vereenvoudigd.

"Het doel van de (Northrop Grumman-missie) was om een ​​satelliet te onderhouden die niet klaar was om te worden onderhouden, "zei ze. "We streven ernaar om het te doen voor satellieten die zullen worden voorbereid en daarom zal het efficiënter zijn als je hun levensduur wilt verlengen."

Later dit jaar, het EROSS-team is van plan om te oefenen met het koppelen van een 'chaser'-ruimtevaartuig met een klantruimtevaartuig. In een laboratorium, twee nep-ruimtevaartuigen worden vastgehouden door robotarmen om te simuleren dat ze in de ruimte zijn, en de jager zal dan het andere ruimtevaartuig naderen en autonoom aanmeren - een wenselijke eigenschap om de kans op menselijke fouten te beperken.

Eenmaal gedockt, de chaser zou dan nieuwe instrumenten kunnen installeren en de clientsatelliet van brandstof kunnen voorzien. Als het proces zo eenvoudig mogelijk kan worden gemaakt, kunnen veel van deze missies relatief gemakkelijk in een baan om de aarde worden uitgevoerd.

"Het doel van EROSS is om (voor te bereiden) op echte missies, " zei Andiappane. "We hebben verschillende bouwstenen zoals sensoren, grijpers en algoritmen die nodig zijn om rendez-vous uit te voeren. En we gaan dit vermogen demonstreren."

De ruimteomgeving zelf stelt nogal wat uitdagingen voor robotonderhoudsmissies. Een daarvan is de derde wet van Newton:elke actie heeft een gelijke en tegengestelde reactie. Dit betekent dat in de ruimte, als je een robotarm probeert te gebruiken om iets te verplaatsen, je gaat ook je ruimtevaartuig verplaatsen.

"In microzwaartekracht creëert elke beweging een reactie op de hele structuur, " zei Dr. Thierry Germa van het Franse geo-informatiebedrijf Magellium.

Spiegel

Dr. Germa coördineert een project genaamd PULSAR, die onderzoekt hoe grote structuren in een baan om de aarde kunnen worden gebouwd met robots, zoals grote spiegels voor toekomstige ruimtetelescopen. in 2021, NASA is van plan de James Webb Space Telescope (JWST) te lanceren, een voertuig met een grote spiegel van 6,5 meter om het heelal te bestuderen. Echter, De spiegel van JWST bereikt de limiet van wat we in een raket kunnen passen. Dus, PULSAR kijkt naar een andere manier om een ​​grote spiegel in een baan om de aarde te krijgen, door het in delen te lanceren en in de ruimte te bouwen.

Om het probleem van de derde wet van Newton op te lossen, het robotruimtevaartuig zal zijn oriëntatie moeten aanpassen om deze beweging te compenseren tijdens het bouwen van de spiegel, het ruimtevaartuig mooi en stabiel houden. Vanwege de complexiteit van dit proces, het zal niet mogelijk zijn om een ​​mens op afstand het robotachtige ruimtevaartuig te laten bedienen, bekend als teleoperatie. In plaats daarvan, automatisering zal de sleutel zijn.

"Het assemblageproces moet volledig worden gevalideerd en beveiligd omdat het niet mogelijk is om een ​​mens in de lus te hebben, " zei dr. Germa.

PULSAR zal later dit jaar in een zwembad oefenen met het monteren van de verschillende segmenten van de hoofdspiegel van een neptelescoop. uiteindelijk, het team is van plan om een ​​realistische simulatie te maken van hoe een spiegel van 10 meter breed, gemaakt van 36 verschillende segmenten, in een baan om de aarde zou kunnen worden gebouwd. En ditzelfde proces kan worden gebruikt om andere structuren in een baan om de aarde te bouwen, zoals grote antennes voor telecommunicatiesatellieten, of misschien zelfs zonnepanelen voor ruimtevaartuigen.

Upgrades

Onderzoekers werken ook aan upgrades van satellieten in de ruimte om de levensduur van de apparatuur in een baan om de aarde te verlengen en de noodzaak te verminderen om nieuwere satellieten te lanceren om de oude te vervangen.

Een oplossing is het ontwerpen van satellieten met verschillende modules, of segmenten, die gemakkelijk kan worden verwisseld door een robotachtig ruimtevaartuig.

Professor Xiu Yan van de Universiteit van Strathclyde, UK en zijn collega's werken eraan. "We proberen een oplossing te ontwikkelen om de duurzaamheid van het toekomstige ruimtegebruik te waarborgen, " hij zei.

Hij coördineert het MOSAR-project, die tot doel heeft een open source-satelliet te ontwikkelen die gemakkelijk in de ruimte kan worden hergebruikt. "Vooral, we streven naar orbitaal onderhoud, onderhoud en levensduurverlenging (voor satellieten)."

Elke module zou ongeveer 40 centimeter breed zijn, met een robotarm die ze autonoom van een satelliet kan losmaken of nieuwe kan toevoegen. Door gebruik te maken van een gestandaardiseerd ontwerp, elke satelliet kan eenvoudig worden geüpgraded via een robotservicesatelliet, zonder de noodzaak om een ​​vervanging te lanceren.

Later dit jaar, het project zal een demonstratie van deze modulaire technologie uitvoeren in een laboratorium, een robotarm gebruiken om te oefenen met het bevestigen van verschillende modules aan een nepsatelliet. En uiteindelijk, in plaats van een satelliet die voor een beperkte tijd in een baan om de aarde draait, hun missies zouden in wezen eindeloos kunnen worden.

"Ze kunnen daar blijven zolang je wilt, " zei Prof. Yan. "Het is een paradigmaverschuiving. Met deze nieuwe generatie satellieten in de ruimte, het zal mogelijk worden om ze te upgraden. Dus in plaats van een hele nieuwe satelliet te sturen, je kunt een kleine upgrade naar een bestaande satellietstructuur sturen om langdurig en betaalbaar gebruik en toegang van de ruimte te garanderen."