Laboratorium Badawcze Marynarki Wojennej Stanów Zjednoczonych i DARPA opracowali robotyczny ładunek zdolny do obsługi satelitów na orbicie.
Ten ładunek, przeznaczony do wykonywania napraw i modernizacji, ma zrewolucjonizować operacje satelitarne poprzez wydłużenie żywotności i zmniejszenie kosztów związanych z obsługą satelitów. Dzięki pomyślnym testom w próżni termicznej i współpracy z firmą Northrop Grumman projekt ma zostać wystrzelony w 2026 r., przygotowując grunt pod nową erę odpornej i elastycznej infrastruktury kosmicznej.
Transformacja operacji kosmicznych: rewolucja robotyczna NRL i DARPA
Centrum Technologii Kosmicznej (NCST) Amerykańskiego Laboratorium Badawczego Marynarki Wojennej (NRL) we współpracy z Agencją Zaawansowanych Projektów Badawczych Obrony (DARPA) pomyślnie zakończyło prace nad zestawem robotyki przystosowanym do lotów kosmicznych, przeznaczonym do obsługi satelitów na orbicie. Kamień milowy został osiągnięty 8 października.
Finansowana przez DARPA organizacja NRL opracowała zintegrowany robotyczny ładunek (IRP) do robotycznej obsługi satelitów geosynchronicznych (RSGS). Ta przełomowa technologia została przekazana partnerowi handlowemu DARPA, firmie SpaceLogistics firmy Northrop Grumman, w celu integracji z pojazdem kosmicznym Mission Robotics Vehicle (MRV).
Kamienie milowe i wizja przyszłości w robotyce kosmicznej
„Niedawne zakończenie testów próżni termicznej stanowi kamień milowy w kierunku osiągnięcia celu programu, jakim jest zademonstrowanie możliwości robotycznych serwisowania na orbicie w najbliższej przyszłości” – powiedział dr Bruce Danly, dyrektor ds. badań NRL. „Wkład NRL w zrobotyzowany ładunek stanowi zasadniczą część realizacji tej wizji, która obiecuje przekształcenie operacji satelitarnych na orbicie geostacjonarnej, zmniejszenie kosztów dla operatorów satelitów i udostępnienie możliwości znacznie wykraczających poza to, co mamy dzisiaj. W rzeczywistości przewidywane możliwości są potencjalnie rewolucyjne zarówno dla bezpieczeństwa narodowego, jak i zastosowań cywilnych”.
Jako twórca robotycznych ładunków DARPA dla programu RSGS, NRL patrzyła w przyszłość, aby projektować, budować, integrować i testować przełomowe możliwości obsługi satelitów.
„Ta współpraca otwiera nowe możliwości serwisowania zarówno dla satelitów komercyjnych, jak i rządowych, umożliwiając zwykłe inspekcje z bliskiej odległości, korekty orbity, modernizację sprzętu i naprawy” – powiedział Bernie Kelm, superintendent NRL NCST w dziale inżynierii statków kosmicznych. „Stworzyliśmy zaawansowany sprzęt i oprogramowanie do lotów kosmicznych, które znacznie usprawni operacje serwisowania satelitów, w tym wszystkie roboty sterujące”.
Ulepszanie obsługi i operacji satelitarnych
Satelity na orbicie geosynchronicznej, umieszczone około 30 000 km nad Ziemią, mają kluczowe znaczenie dla komunikacji wojskowej, rządowej i handlowej, nauki zajmującej się obserwacją Ziemi oraz służb bezpieczeństwa narodowego.
Obecnie statki kosmiczne stoją przed poważnymi wyzwaniami, częściowo ze względu na niemożność wykonywania napraw lub modernizacji na orbicie. Aby zrekompensować brak możliwości serwisowania, satelity często są wyposażone w systemy zapasowe i nadmiar paliwa, co prowadzi do większej złożoności, wagi i kosztów. Jeśli projekt ten zakończy się sukcesem, satelity będą mogły zostać udoskonalone na orbicie w oparciu o nową technologię, aby przedłużyć ich żywotność, dodał Kelm.
„Wojsko regularnie naprawia psujące się samoloty, czołgi, statki i ciężarówki. Modernizujemy samoloty i statki, dodając najnowsze radary, komputery i silniki” – powiedział dr Glen Henshaw, starszy naukowiec NRL ds. robotyki i systemów autonomicznych. „Satelity to jedyny drogi sprzęt, jaki kupujemy, którego nie można naprawić ani zmodernizować po umieszczeniu w terenie, a to kosztuje pieniądze podatników. RSGS ma na celu zmianę tej sytuacji; Zamierzamy pokazać, że możemy ulepszać i naprawiać te cenne zasoby za pomocą robotów”.
Proces testowania próżni termicznej (TVAC).
W ramach kampanii testowej robotyczny ładunek został poddany próbom w zakresie temperatur, z jakimi będzie się borykał na orbicie oraz w warunkach próżni podobnych do kosmicznych. Inżynierowie przetestowali wszystkie aspekty ładunku, w tym awionikę, kamery i oświetlenie, a także zademonstrowali wszystkie operacje każdego z dwóch ramion robotycznych, w tym rozmieszczanie blokad startowych, kalibracje i wymianę narzędzi. W teście zweryfikowano także komunikację SpaceWire oraz tryby zgodności robotów i wizualnego sterowania serwomechanizmem.
„Zespół RSGS NRL spędził prawie 10 lat skupiając się na ukończeniu tego pierwszego w swoim rodzaju zrobotyzowanego ładunku serwisowego” – powiedział William Vincent, menedżer programu NRL RSGS. „Ukończenie IRP TVAC stanowi ogromny kamień milowy i niezliczone godziny pracy niesamowitej grupy oddanego personelu. Podobnie jak wysłanie dziecka po raz pierwszy na studia, wysłanie IRP do Dulles jest słodko-gorzkim przeżyciem”.
Przyszłość mechaniki satelitarnej i projektowania statków kosmicznych
NRL pracowało przez ponad dwie dekady nad udoskonaleniem technologii umożliwiającej realizację programu RSGS. RSGS został zaprojektowany do bezpiecznej i niezawodnej naprawy i modernizacji cennych satelitów komercyjnych, cywilnych i bezpieczeństwa narodowego, z których niektóre kosztują ponad miliard dolarów. W niedalekiej przyszłości „mechanika” robotycznych satelitów może wydłużyć żywotność satelitów poprzez unowocześnienie szeregu funkcji, w tym nowej elektroniki, napędu i możliwości czujników. Roboty RSGS mogłyby wykazać szeroki zakres usług jako prekursor budowania dużych konstrukcji na orbicie, które mogłyby obejmować kolejne wielkie obserwatorium, elektrownie słoneczne lub inne, nowe, rewolucyjne systemy.
„Mamy nadzieję, że ostatecznie doprowadzi to do powstania statków kosmicznych, które będą bardziej modułowe i łatwiejsze w utrzymaniu” – powiedział Henshaw.
Po przewidywanym wystrzeleniu w 2026 r. na pokładzie autobusu kosmicznego MRV należącego do Northrop Grumman, robotyczny ładunek zostanie poddany wstępnemu sprawdzeniu i kalibracji, po czym nastąpi pełne misje serwisowe.
„Będziemy z dumą obserwować, jak RSGS zapewnia odporność obecnej amerykańskiej infrastruktury kosmicznej i stawia pierwsze konkretne kroki w kierunku przekształconej architektury kosmicznej o rewolucyjnych możliwościach” – powiedział Vincent.
