Исследования

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 Солнце-Земля L2.

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 необходимо 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 труднее. 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, опубликованное в журнале Acta Astronautica, рассматривает возможность использования шагающих роботов для создания космических телескопов.

Тема исследования: «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 с гораздо большей апертурой, 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 ловкий шагающий робот с семью степенями свободы (E-Walker) для будущих миссий по сборке и производству в космосе (ISAM)», — они писать.

Иллюстрация электронного ходунка. Робот имеет семь степеней свободы, то есть семь независимых движений. Изображение предоставлено: Мини Рай, Университет Линкольна.
Иллюстрация электронного ходунка. Робот имеет семь степеней свободы, то есть семь независимых движений. Изображение предоставлено: Мини Рай, Университет Линкольна.

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.

Робот Boston Dynamics Spot провел 35 дней автономно, работая над Объединенным европейским тором. На снимке Спот проверяет провода и трубы на объекте в Калхэме, недалеко от Оксфорда (Изображение предоставлено UKAEA)
Робот Boston Dynamics Spot провел 35 дней автономно, работая над Объединенным европейским тором. На снимке Спот проверяет провода и трубы на объекте в Калхэме, недалеко от Оксфорда (Изображение предоставлено UKAEA)

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.

На этом рисунке показано, как будет построен LAST. 342 блока главного зеркала составляют 18 сегментов главного зеркала, что в сумме составляет 25-метровое главное зеркало. (б) показывает, как находится центр каждого PMU, и (c) показывает PMU и его разъемы. Изображение предоставлено: Наир и др. 2024.
На этом рисунке показано, как будет построен LAST. 342 блока главного зеркала составляют 18 сегментов главного зеркала, что в сумме составляет 25-метровое главное зеркало. (б) показывает, как находится центр каждого PMU, и (c) показывает PMU и его разъемы. Изображение предоставлено: Наир и др. 2024.

Концепция E-Walker также будет включать 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 одиннадцать 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.

1 s2.0 S0094576524005769 gr5 lrg 1024x841 - Космический робот может построить гигантский телескоп в космосе
На этом рисунке суммированы 11 миссий ConOps, разработанных для LAST. (a) показана сборка с использованием одного электронного ходунка, (b) показано частичное разделение обязанностей между электронными ходунками, (c) показано равное распределение обязанностей между электронными ходунками и (d) показана сборка, выполняемая двумя отдельными блоками, какой вариант сборки более безопасный. Изображение предоставлено: Наир и др. 2024.

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.

Кнопка «Наверх»