NASA plant een missie om het vermogen te demonstreren om satellieten in een baan om de aarde te repareren en te upgraden. De missie, OSAM-1 (On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing-1) genaamd, zal een robotisch ruimtevaartuig sturen dat is uitgerust met robotarmen en alle gereedschappen en apparatuur die nodig zijn om de levensduur van satellieten te repareren, bij te tanken of te verlengen, zelfs als die satellieten zijn niet ontworpen om in een baan om de aarde te worden bediend.

De eerste testvlucht van OSAM-1 is gepland voor lancering niet eerder dan 2026 en zal naar een lage baan om de aarde gaan om te rendez-vous, vast te grijpen en aan te meren met Landsat 7, een aardobservatiesatelliet die sinds 1999 in een baan om de aarde is. De missie zal een eerste in zijn soort tankdemonstratietest, waarna de satelliet naar een nieuwe baan wordt verplaatst. Hoewel sommige delen van de missie autonoom zijn, zullen menselijke tele-operators veel van de procedures en manoeuvres op afstand van de aarde uitvoeren.

NASA zegt dat het repareren van satellieten - in plaats van alleen maar ter ziele gegane ruimtevaartuigen in een baan om de aarde te laten drijven - ruimteafval helpt verminderen om een ​​duurzamere toekomst voor ruimteverkenning te creëren. Daarnaast zal de testvlucht de assemblage en fabricage van robotrobots beoordelen, die velen beschouwen als technologie die nodig is voor de toekomst, zoals het doen van onderhoud tijdens langdurige menselijke missies in ons zonnestelsel en het bouwen en onderhouden van structuren in een baan om de maan of Mars.

Het oorspronkelijke idee voor een satelliet-onderhoudsruimtevaartuig is het geesteskind van de bekende NASA-ingenieur Frank Cepollina, die een geschiedenis heeft in het repareren van ruimtevaartuigen in een baan om de aarde. Hij leidde de teams die verantwoordelijk waren voor het plannen en choreograferen van de vijf onderhoudsmissies voor de Hubble-ruimtetelescoop. Hij hielp bij het ontwerpen van de gespecialiseerde gereedschappen en procedures die astronauten zouden gebruiken om Hubble met succes te repareren en te upgraden, waardoor de eerbiedwaardige telescoop jaren langer zou blijven werken dan geprojecteerd en waardoor betere instrumenten en technologie konden worden geïnstalleerd in elke volgende missie. Hij leidde ook teams die technieken ontwikkelden om andere satellieten te repareren tijdens de begindagen van het Space Shuttle-tijdperk.

"Voor mij is het verbazingwekkend dat we gewoon satellieten in een baan om de aarde zouden weggooien", vertelde Cepollina me in 2016 toen ik een rondleiding maakte door het Robotic Operations Center in wat toen het Satellite Servicing Capabilities Office in het Goddard Space Flight Center van NASA heette. "Het leek erop dat we een manier moesten vinden om deze satellieten te repareren om economische redenen en vanwege de wetenschappelijke voordelen die we konden behalen. Ik wilde een manier vinden om satellieten te repareren en te upgraden."

Cepollina, nu 85 jaar oud, is pas onlangs met pensioen gegaan bij NASA, maar hij heeft verschillende generaties ingenieurs begeleid en opgeleid, waarbij hij zijn droom om satellieten te repareren nooit heeft opgegeven. Na verschillende voorstellen voor onderhoudsmissies, werd het concept officieel erkend als een missie en kreeg het de status "regelitem" in het NASA-budget. Maar er moet nog veel werk worden verzet om tegen 2026 klaar te zijn voor lancering.

"Als je iets voor de eerste keer doet, zijn er veel nieuwe technologie en procedures, en loop je inherent tegen obstakels en tegenslagen aan, en dat is bij ons niet anders", zegt Ross Henry, de OSAM-1 Servicing Payload Manager, in een interview. met Universum Vandaag. "We hebben te maken met verschillende nieuwe systemen, zoals een nieuw lidar-systeem (Light Detection and Ranging), een uniek drijfgasoverdrachtssysteem en twee robotarmen [een is een redundante back-up] die elf unieke tools en adapters kunnen gebruiken, elk met een specifieke doel als onderdeel van de missie."

Het primaire doel van de eerste testvlucht van OSAM-1 is het bijtanken van Landsat 7, dat ongeveer 705 km (440 mijl) boven de aarde ligt. Maar aangezien Landsat 7 - zoals veel andere satellieten - nooit bedoeld was om te worden onderhouden of zelfs maar weer te worden gezien, kan het OSAM-1-ruimtevaartuig niet zomaar naast een andere satelliet komen en de brandstofslang aansluiten.

Eerst moet OSAM-1 zo dichtbij komen dat een van de robotarmen de Landsat 7 kan vastgrijpen, en dan moet hij dokmanoeuvres uitvoeren met behulp van de originele dokklem of Marman-ring op de satelliet.

'Dan is er nog veel werk dat we moeten doen om toegang te krijgen tot de tankplaats,' legde Henry uit. "De externe operators van OSAM-1 zullen in de meerlaagse thermische isolatiedeken moeten snijden en deze uit de weg moeten ruimen om de vul-/afvoerkleppen bloot te leggen. Maar toen ze vóór de lancering werden gesloten, waren die kleppen bedekt met vergrendelingsdraden, dus we zullen met een gespecialiseerde schaar naar binnen moeten om die te knippen. Bovendien zijn er overbodige veiligheidskappen die we zullen verwijderen."

OSAM-1 zal 122 kg (270 lbs) brandstof vervoeren en het plan is om 115 kg (250 lbs) daarvan over te brengen naar Landsat 7, met behulp van de robotarm en een intrekbaar slangsysteem.

Dit gebeurt natuurlijk allemaal terwijl beide ruimtevaartuigen met ongeveer 26.500 km/u (16.500 mph) reizen. OSAM-1 heeft zes camera's voor rendez-vous en nabijheidsoperaties voor gebruik bij het naderen van Landsat 7. Een extra eenentwintig camera's maken deel uit van een gespecialiseerd vision-sensorsysteem zodat de teleoperators de operaties vanuit elke hoek kunnen zien, en schijnwerpers bieden verlichting voor het werk om zelfs tijdens de orbitale nacht doorgaan, wat ongeveer elke 50 minuten gebeurt. De omlooptijd van Landsat 7 is 99 minuten.

Goddard's Robotic Operations Center omvat een gespecialiseerd testbed met zwarte, met gordijn omzoomde muren, zodat wanneer de lichten zijn uitgeschakeld, het de duisternis van de ruimte simuleert. Dit zorgt voor een volledig meeslepende training met mock-ups op ware grootte van Landsat 7 en OSAM-1.

Voorheen stond deze missie bekend als Restore-L en was uitsluitend gericht op tanken en repareren. Maar in februari 2019 werd een nieuw onderdeel aan de missie toegevoegd, de Space Infrastructure Dexterous Robot (SPIDER).

"Dit voegt het 'assemblage- en fabricage'-gedeelte van OSAM-1 toe," zei Henry. "Zodra we klaar zijn met Landsat 7, zullen we het uitbrengen en dan gaan we het assemblage- en fabricagegedeelte doen."

SPIDER heeft zijn eigen 5 meter (16 ft) lange robotarm, waardoor het totale aantal robotarmen dat op OSAM-1 vliegt op drie komt. SPIDER zal een functionele communicatieantenne van 3 meter (9 voet) samenstellen, opgebouwd uit onderdelen die naar de ruimte zijn gebracht, en zal Ka-bandtransmissie demonstreren met een grondstation.

SPIDER zal ook een lichtgewicht composietbalk van 10 meter produceren om de mogelijkheid te verifiëren om grote ruimtevaartuigstructuren in een baan om de aarde te bouwen.

De ontwikkeling van alle systemen, tools en technieken vereiste input van verschillende technologische gebieden.

"We hebben veel echt niche-ingenieurs die met ons samenwerken die dit soort dingen weten en het dag in dag uit doen," zei Henry. "Sommige van onze meest unieke ingenieurs zijn de robotmensen die weten hoe de armen werden gebouwd en de nuances van de gewrichten en mechanismen begrijpen - zoals in welke houdingen je de arm wel en niet kunt plaatsen, of als een ellebooggewricht faalt, ze weten hoe je de eindeffector nog steeds met de zes andere actuatoren kunt verplaatsen. We hebben echt geweldig personeel dat zich al enkele jaren diep in het technische deel van deze missie heeft gedoken. Ze zijn allemaal leiders in hun vakgebied, ik niet denk dat er een ander team zoals zij is in het land of misschien zelfs in de wereld."

Het vinden van een geschikte kandidaat-satelliet als proefonderwerp voor deze demonstratiemissie vergde enkele jaren van onderhandelingen, zei Henry, omdat de vereisten specifiek waren en het een satelliet van de overheid moest zijn.

"We hadden een overheidsinstantie nodig die bereid was om hun satelliet de eerste te laten zijn om deze technologie te demonstreren," zei Henry. "Landsat 7 paste om een ​​aantal redenen in het plaatje. Het bevindt zich in een baan die gemakkelijk toegankelijk is en het is aan het einde van zijn missieleven in termen van het genereren van wetenschap. Landsat 9 is al gelanceerd en wordt in gebruik genomen, dus zijn opvolger is al klaar en functioneert."

De nominale wetenschappelijke missie van Landsat 7 eindigde op 6 april 2022 en het primaire wetenschappelijke instrument, de Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+), werd in de stand-bymodus gezet. Maar de tweeëntwintig jaar durende werking ervan heeft substantiële gegevens opgeleverd over het beheer en de beoordeling van landbedekking, onderzoeken naar globale veranderingen en voor het in kaart brengen.

De gefinancierde en basismissie voor OSAM 1 is "één en klaar", waarbij zodra het onderhoud, het tanken en vervolgens het assemblage- en fabricagegedeelte van de missie is voltooid, het volgens de planning zal worden gedeorbiteerd en zal verbranden in de atmosfeer van de aarde.

"Dat gezegd hebbende, erkennen we dat we met een zeer capabel voertuig vliegen met beschikbare brandstof," zei Henry, "dus er zijn veel mensen die ons een vervolgmissie zouden willen zien doen terwijl we in een baan om de aarde zijn. op dit moment is er niets aangekondigd of gefinancierd."

Henry zei dat hij vereerd en enthousiast is om leiding te geven aan de inspanningen om de droom van Frank Cepollina waar te maken door een echte "sleepwagen" voor satellietonderhoud in een baan om de aarde te hebben. Cepollina heeft ook een andere droom, dat vloten van deze sleepwagenachtige satellieten structuren in de ruimte zouden kunnen bouwen, niet alleen habitats, maar ook grote ruimtetelescopen met de mogelijkheid om bijvoorbeeld verre exoplaneten rechtstreeks in beeld te brengen.

"Wat we demonstreren in het assemblage- en fabricagegedeelte, legt de basis voor toekomstige vorderingen in de zoektocht naar buitenaards leven en hopelijk de kolonisatie van het zonnestelsel," zei Henry. "Over tientallen jaren denk ik dat je dat kunt herleiden tot OSAM-1, de eerste Amerikaanse missie die deze mogelijkheden in een baan om de aarde demonstreert." + Verder verkennen

NASA's robotachtige OSAM-1-missie voltooit kritische ontwerpbeoordeling