La robotica è pronta a trasformare come l'umanità costruisce e sostiene le infrastrutture oltre la Terra. Poiché le agenzie spaziali e gli operatori commerciali spingono verso una presenza lunare sostenuta, l'esplorazione di Marte e il servizio orbitale, la capacità di assemblare e mantenere autonomamente la sonda è diventata una capacità critica. La robotica offre la precisione, la resistenza e il margine di sicurezza che la sola volontà umana non puÃ2 fornire.

Il bisogno crescente di assemblaggio e manutenzione autonome

Tuttavia, poiché le strutture crescono più grandi, il pensiero della Stazione Spaziale Internazionale (ISS) o gli habitat orbitali proposti, la dimensione di carenaggio del veicolo impone un limite duro. La soluzione è quella di inviare componenti in orbita e assemblarli lì. Allo stesso modo, la sonda progettata per le missioni pluridecennali richiedono il servizio on-orbit: il rifornimento, gli aggiornamenti, gli aggiornamenti.

[FLT] [[FLT]]] [Risorsa di sviluppo di sistemi robotizzati [[FLT]] e la missione successiva OSAM-1 (On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing) dimostrano l'impegno dell'agenzia per la manutenzione robotica.

Tecnologie robot core per le missioni spaziali

Manipolazione di precisione e braccia robotizzate

La colonna portante dell'assemblaggio nello spazio è il manipolatore robot[FLT:]Canadarm2] sull'ISS e sul European Robotic Arm (ERA) hanno dimostrato che le braccia articolate possono spostare grandi carichi, posizionare gli astronauti e svolgere compiti delicati.

Per un robot di assemblare o mantenere una sonda spaziale, deve prima raggiungere l'obiettivo. Autonomo appuntamento e docking (ARD) è stato dimostrato con successo da missioni come NASA DART (ora parte del DRACO programma] e

AI e RealTime Decision Making

I robot in uno spazio profondo non possono contare su ritardi di comunicazione a ciclo chiuso che possono superare i 20 minuti. Essi devono essere in grado di prendere decisioni in modo autonomo. I modelli di apprendimento automatico sono addestrati a riconoscere anomalie nelle strutture di veicoli spaziali - graffi, lacrime di coperta termica, raccordi sciolti - e per pianificare una sequenza di riparazione sul volo.

Strumenti speciali e End-Effectors

Non è possibile gestire ogni compito. Gli effettivi modulari consentono uno scambio di braccio tra una presa, un cacciavite, un trapano, uno strumento di taglio o un pacchetto di sensori.Multi-Function Tool] essere sviluppato per il OSAM-1 missione può afferrare, tagliare e crimp fili sciolti

Montaggio in-Orbit: dal concetto alla realtà

L'Assemblea Spaziale di Grandi Strutture (SALS) Concept

Negli anni '90, la NASA ha studiato il concetto ] dell'Assemblea Spaziale delle Grandi Strutture (SALS)], che ha immaginato le armi robotiche che costruivano autonomamente un telescopio radio a scala di chilometro in orbita.

Montaggio robotizzato dei moduli ISS

Mentre molti compiti richiedono la supervisione umana, il Canadarm2[] e il Mobile Servicing System[] ha gestito il sollevamento pesante. Oggi, le capacità autonome sono state testate per ridurre la dipendenza dall'equipaggio.

Case study: OSAM-1 (ex Restore-L)

Sistema di progettazione [Spagine di servizio] [Spaccamento di servizio] [Spazio di servizio, assemblaggio e produzione] [Spaccamento di servizio] [Spacchetto di manutenzione] [Spazio di manutenzione]] [Spazio di manutenzione, assemblaggio di sistemi di manutenzione] [L'installazione di un piccolo satellite da parte di parti modulari e di fabbrica di travimenti strutturali.

Sforzi di assemblaggio commerciale

]SpaceX] prevede di utilizzare il suo braccio robotico su Starship per catturare e distribuire carichi di paga, e potenzialmente per assemblare un deposito di propellante Blue Origin] ha proposto il Blue Ring orbita [FLT]

Manutenzione e riparazione autonome

Ispezione e rilevamento di anomalie

Gli Spacecraft sono sottoposti a temperature estreme, impatti micrometeoidi e radiazioni. Nel tempo, i componenti si degradano. I robot di ispezione autonomi, sia i free-flier come l'Astrobee] e le telecamere montate a manopola, possono eseguire controlli sanitari regolari.

Sostituzione e aggiornamento dei componenti

Se un modulo di potenza o uno strumento di scienza possono essere scambiati con un braccio robotico, la sonda può essere aggiornata nel corso di decenni.Satellite Architettura modulare] essere promossa da DARPA e NASA mira a standardizzare le interfacce in modo che un robot di manutenzione possa scollegare, estrarre e inserire un nuovo modulo con pochi semplici comandi LoSSF.

Riflessione e Estensione della vita

La maggior parte dei satelliti escono dal propellente di manutenzione molto prima che l'elettronica fallisca. Le missioni di manutenzione robotica possono superare i serbatoi, prolungando le vite operative di 5-10 anni.

Produzione in-spazio

La manutenzione può essere semplificata se le parti sostitutive sono realizzate in loco piuttosto che lanciate dalla Terra. Made In Space (ora parte di Redwire) ha operato stampanti 3D sull'ISS che possono produrre strumenti e pezzi di ricambio da materiale di alimentazione polimerica.

Sfide che affrontano robot spaziali autonomi

Disturbi ambientali

Lo spazio è un ambiente duro. Gli estremi di temperatura vanno da -150°C all'ombra a +150°C alla luce diretta. Il vuoto degrada lubrificanti e può causare la saldatura a freddo dei metalli. La radiazione provoca disturbi a singolo evento nell'elettronica. I sistemi robotizzati devono essere induriti contro questi effetti, che aggiunge massa e costi. La gestione termica è particolarmente impegnativa per le articolazioni robotiche, che generano calore durante il funzionamento, ma devono anche sopravvivere ammollo freddo durante idle.

Affidabilità e tolleranza di guasto

Un robot inviato per assemblare una stazione spaziale non può permettersi di non funzionare a metà. Motori ridondanti, sensori e processori sono necessari, ma aumentano la complessità e il peso. Il software deve essere estremamente robusto, in grado di gestire scenari inaspettati come un bullone sciolto che blocca lo strumento o un malfunzionamento del propulsore che invia l'algoritmo di manutenzione in un giro.

Latility di comunicazione

Anche in bassa orbita terrestre (LEO), la teleoperazione con l'uomo-in-the-loop ha un ritardo di diverse centinaia di millisecondi. In cislunar spazio (Gateway), i ritardi sono 1-3 secondi. Su Marte, superano 20 minuti. Per le operazioni di manutenzione che richiedono un feedback rapido, come la cattura di un satellite di rotolamento, il controllo autonomo è essenziale.

Standardizzazione delle interfacce

Per un robot di manutenzione per lavorare con più satelliti, questi satelliti devono avere punti di grapple comuni, connettori elettrici e interfacce propellanti. Oggi, ogni veicolo spaziale è un design unico. Il programma di DARPA RSGS (Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites)]] ha lo scopo di sviluppare un'interfaccia modulare standard di risparmio, ma l'adozione industriale è stata lenta.

Le direzioni future e i concetti ambiziosi

Infrastrutture orbitali a grande scala

Una volta che l'assemblaggio autonomo è provato, il cielo è il limite. Concetti come il Lunar Orbital Platform-Gateway[] richiedono armi robotiche per collegare i moduli di habitat, allegare gli array solari e installare i port di docking.

Robotica e montaggio distribuito

Il concetto SWARM]] ] prevede dozzine di piccoli satelliti inseguitori che impugnano collettivamente un grande oggetto e lo guidano in un porto di docking.

Auto-gestione di processo e manutenzione predittiva

I robot futuri non reagiranno semplicemente, ma predicheranno.Analizzando la telemetria da sensori incorporati nella struttura della sonda, un'intelligenza artificiale può prevedere quando un cuscinetto sta per fallire o un sigillo si degrada.Il robot può quindi pianificare un ricambio durante un periodo di bassa domanda. Questa capacità di manutenzione predittiva è già utilizzata nell'aviazione e nella produzione; adattarla all'ambiente spaziale aumenterà notevolmente l'affidabilità della missione.

Collaborazione umana-robot

Anche se aumenta l'autonomia, ci saranno ruoli per la supervisione umana e l'intervento occasionale. Il Lunar Gateway] sarà equipaggiato solo periodicamente, quindi i robot devono gestire la manutenzione ordinaria tra le visite dell'equipaggio. Quando gli astronauti sono presenti, i robot possono agire come assistenti - strumenti di acquisizione, tenendo componenti, o fornendo viste extra della fotocamera.

Conclusioni

La robotica è il punto di forza del futuro dell'umanità nello spazio: dall'assemblaggio dei moduli di un gateway lunare per la manutenzione di satelliti pluridecennali in orbita geostazionaria, le macchine autonome stanno assumendo compiti troppo pericolosi, troppo ripetitivi, o troppo difficili per gli astronauti e il controllo del suolo.

Riferimenti esterni:[