Космический робот может построить гигантский телескоп в космосе

Космический телескоп «Хаббл» был доставлен в космос на космическом корабле «Дискавери», а затем выведен на низкую околоземную орбиту. Космический телескоп Джеймса Уэбба был помещен в носовой обтекатель ракеты «Ариан-5», а затем запущен. Он развернул свое зеркало и тень на пути к своему дому в точке Лагранжа L2 Солнце-Земля.

Однако МКС собиралась в космосе из компонентов, запущенных в разное время. Может ли это стать моделью для создания будущих космических телескопов и других космических объектов?

Во вселенной много темных уголков, в которые нужно заглянуть. Вот почему мы стремимся создавать более мощные телескопы, а это значит, и зеркала большего размера. Однако запускать их в космос внутри носовых обтекателей ракет становится все сложнее. Поскольку у нас больше нет космических шаттлов, это приводит нас к естественному выводу: собирать наши космические телескопы в космосе с помощью мощных роботов.

Новое исследование опубликовано в журнале Акта Астронавтика исследует целесообразность использования шагающих роботов для создания космических телескопов.

Исследование называется «Новая эра шагающих манипуляторов в космосе: технико-экономическая оценка и эксплуатационная оценка сборки 25-метрового космического телескопа с большой апертурой на орбите». Ведущий автор — Ману Наир из Линкольнского центра автономных систем в Великобритании.

«Это исследование является своевременным, учитывая постоянный спрос на астрономию высокого разрешения и наблюдение Земли в космическом сообществе, и служит основой для будущих миссий с телескопами гораздо большей апертуры, миссий, требующих сборки космических станций и спутников, вырабатывающих солнечную энергию». перечислю лишь некоторые», — пишут авторы.

Хотя Canadarm и Европейский роботизированный манипулятор на МКС доказали свою работоспособность и эффективность, у них есть ограничения. Они управляются астронавтами дистанционно и имеют лишь ограниченные возможности ходьбы.

Признавая необходимость в более мощных космических телескопах, космических станциях и другой инфраструктуре, Наир и его соавторы разрабатывают концепцию улучшенного шагающего робота. «Чтобы устранить ограничения обычных шагающих манипуляторов, в этой статье представлен новый маневренный шагающий робот с семью степенями свободы (E-Walker) для будущих миссий по сборке и производству в космосе (ISAM)», — они писать.

Робототехника, автоматизация и автономные системы (РААС) будут играть большую роль в будущем космических телескопов и другой инфраструктуры. Эти системы требуют ловкости, высокой степени автономности, резервирования и модульности. Еще предстоит большая работа по созданию RAAS, способной работать в суровых условиях космоса. E-Walker — это концепция, призванная удовлетворить некоторые из этих требований.

Авторы отмечают, как роботы используются в уникальных промышленных условиях здесь, на Земле. Joint European Torus выводится из эксплуатации, а четвероногий робот Boston Dynamics Spot используется для проверки его эффективности. Он самостоятельно перемещался по JET в течение 35-дневных испытаний, картографируя объект и снимая показания датчиков, избегая при этом препятствий и персонала.

Использование Spot во время остановки производства показывает потенциал автономных роботов. Однако роботам предстоит пройти еще долгий путь, прежде чем они смогут построить космический телескоп. Тематическое исследование авторов может стать важным начальным шагом.

Их тематическим исследованием является гипотетический LAST, космический телескоп с большой апертурой и широкоугольным 25-метровым главным зеркалом, работающим в видимом свете. LAST является основой для технико-экономического обоснования исследователей.

Основное зеркало LAST будет модульным, а его часть будет иметь соединительные порты и интерфейсы для построения, а также для передачи данных, питания и теплопередачи. Такой тип модульности облегчит сборку телескопа автономным системам.

LAST будет строить свое зеркало, используя Primary Mirror Units (PMU). Девятнадцать PMU составляют сегмент первичного зеркала (PMS), а 18 PMS будут составлять 25-метровое главное зеркало LAST. Всего для завершения телескопа потребуется 342 PMU.

В концепции E-Walker также будет два космических корабля: базовый космический корабль (BSC) и космический корабль-хранилище (SSC). BSC будет действовать как своего рода материнский корабль, отправляя необходимые команды E-Walker, контролируя его рабочее состояние и гарантируя, что все пройдет гладко. SSC будет хранить все PMU в стопке, а E-Walker будет извлекать их по одному.

Исследователи разработали 11 различных концепций операций (ConOps) для миссии LAST. Некоторые из ConOps включали в себя несколько электроходоков, работающих совместно. Целью является оптимизация распределения задач, определение приоритетов подъемной массы и упрощение управления и планирования движения. «Вышеупомянутые одиннадцать сценариев миссии изучаются далее, чтобы выбрать наиболее осуществимые планы действий для сборки 25-метрового LAST», — объясняют они.

Передовые инструменты, такие как робототехника и искусственный интеллект, станут основой будущего освоения космоса. Почти невозможно представить будущее, в котором они не будут иметь решающего значения, особенно с учетом того, что наши цели становятся более сложными.

«Возможность собирать сложные системы на орбите с использованием одного или нескольких роботов будет абсолютным требованием для поддержки устойчивой орбитальной экосистемы будущего», — пишут авторы. «В ближайшие десятилетия на орбитах Земли потребуются новые инфраструктуры, гораздо более совершенные, чем Международная космическая станция, для орбитального обслуживания, производства, переработки, орбитального склада, солнечной энергии космического базирования (SBSP) и астрономических технологий. и станции наблюдения Земли».

Авторы отмечают, что их работа основана на некоторых предположениях и теоретических моделях. Концепция электронного ходунка еще требует большой доработки, но прототип уже разрабатывается.

Вполне вероятно, что E-walker или какая-то подобная система в конечном итоге будет использоваться для создания телескопов, космических станций и другой инфраструктуры.