Tankning af satellitter i rummet ved hjælp af en robot

Mange teknologier, der er essentielle for det daglige liv – fra kommunikation til GPS-navigation til vejrudsigt – er afhængige af de tusindvis af satellitter, der kredser om Jorden. Når disse satellitter løber tør for gas og holder op med at virke, der er ikke meget, der kan gøres i øjeblikket for at rette dem.

"Når en satellit løber tør for brændstof, og du har ikke en måde at tanke det på, at satellitten holder op med at virke, " sagde John Wen, professor og leder af Institut for Elektrisk, Computer, og Systems Engineering ved Rensselaer Polytekniske Institut. "Når det sker, en ny satellit lanceres for at erstatte den eksisterende satellit."

Det er dyrt, tidskrævende, og stadig mere problematisk virkelighed, efterhånden som nedbrudte satellitter bliver en del af den voksende befolkning af rumaffald. Et team af forskere ved Rensselaer, ledet af Wen, arbejder sammen med NASA på en løsning:en robot, der kunne fange en satellit i rummet og trække den ind til dock, hvor den ville tanke.

"Vores del af forskningen er specifikt at se på transport af en massiv satellit, hvilket er langt ud over kapaciteten af ​​denne robotarm på Jorden under tyngdekraften, " sagde Wen.

Robotarmen bygges til NASA af Maxar Technologies til at være 7 fod lang og tynd, så den kan fungere så effektivt som muligt i rummet. Den har gear og led, der gør den i stand til at håndtere en stor satellit. Men disse komponenter introducerer også fleksibilitet, Wen sagde, hvilket tilføjer endnu et lag af kompleksitet.

Forskerne ved Rensselaer arbejder sammen med NASA for at udvikle komplekse algoritmer, der vil kontrollere armens bevægelse, gør det muligt nøjagtigt at transportere og docke en satellit til en anløbsstation for påfyldning.

Wen sammenligner problemet med det vanskelige ved at trække en massiv bus langs isen i en hockeybane. Meget ligesom den glatte is, manglen på tyngdekraft afbøder udfordringen med at flytte en tung genstand, men det gør ikke nødvendigvis opgaven med at kontrollere dens bevægelser meget lettere.

"Der vil ikke være noget menneske i rummet til at gribe ind, " sagde Wen. "Det hele er afhængigt af jordoperatøren. Så, vi skal lave omfattende simulering både i software, såvel som i hardware, for at sikre, at denne operation er sikker."

Disse simuleringer bliver lavet, både beregningsmæssigt og fysisk, i Center for Automationsteknologier og Systemlab ved Rensselaer. For fysiske simuleringer, holdet bruger en luftlejeopsætning (et airhockeybord, i det væsentlige) hvor en lille satellitmodel kan flyde langs overfladen, simulerer et nul-tyngdekraftsmiljø. En mindre robotarm modellerer den bevægelse, der skal foregå i rummet.

"Det er virkelig fantastisk at arbejde sammen med NASA på et projekt, hvor der er en chance for, at det, vi udvikler, rent faktisk bliver brugt, " sagde Kimberly Oakes, en doktorand i elektroteknik. "Det er en mulighed, man ikke får meget på forskningsområdet."

Wens team arbejder med Satellite Servicing Projects Division på NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, da de udvikler en række teknologier, der er nødvendige for at tanke en satellit i kredsløb. Udover det, Wen ser andre ansøgninger til dette arbejde.

"Det bliver stadig sværere at flyve tunge laster i kredsløb, så når vi taler om en månemission, Mars mission, og så videre, i stigende grad skal samlingen ske i rummet, " sagde Wen. "Den robotteknologi, vi arbejder på nu, vil være grundlaget for et sådant arbejde i fremtiden."