في عام 2022 ، ستخدم مركبة الفضاء الآلية التابعة لناسا لاندسات 7
في المستقبل المنظور ، سيظل الوصول إلى الفضاء مكلفًا للغاية. حتى عند استخدام الحيل مثل الصواريخ القابلة لإعادة الاستخدام أو الإطلاق من البالونات والطائرات العملاقة ، فإن تكلفة وضع كيلوغرام من الحمولة في مدار أرضي منخفض لا يزال عدة آلاف من الدولارات. وبمجرد وضع شيء ما في المدار ، يتبين أنه (مع بعض الاستثناءات القليلة) يترك لأجهزةه الخاصة ، ويبقى الأمل فقط في أن يكمل مهمته قبل نفاد الوقود. بعد ذلك ، معظم الأقمار الصناعية لا طائل منه.
بشكل عام ، يبدو مثل هذا النظام غير فعال للغاية. ترغب ناسا في تغيير هذا ، وتعتبر
فكرة إنشاء ورش إصلاح ومحطات وقود في الفضاء
فكرة رائعة . هناك العديد من برامج الخدمة عبر الأقمار الصناعية في مراحل مختلفة من التطوير ، وقد زار فريق مجلة IEEE Spectrum هذا العام مركز تكنولوجيا الروبوتات في جودارد لتكنولوجيا الفضاء التابع لناسا لمعرفة المزيد.
RSGS
هذا العام ،
تم تعليق مشروع Robotics للخدمة الساتلية المتزامنة مع الأرض (RSGS) من وزارة الدفاع للمشاريع البحثية المتقدمة (DARPA) عندما رفض المقاول الرئيسي ، Maxar Technologies ، بناء معدات له. تبحث داربا عن شركاء جدد للمشروع وتتوقع أن تكون قادرة على الإعلان عن اتفاقيات جديدة قبل نهاية هذا العام ، وإطلاق مشروع RSGS في عام 2023. إن RSGS عبارة عن مركبة فضائية نصف آلية بها معالجان روبوتيان ، سيتعين عليهما خدمة الأقمار الصناعية المتزامنة مع الأرض ، وإصلاح مشاكلهم من أجل إطالة عمر الخدمة. يُظهر الفيديو مفهومًا لمدى أهمية هذه التقنية - يمكن للوحة شمسية عالقة أن تمحو وجود قمر صناعي جديد تمامًا ، في حين أن حل هذه المشكلة (وتوفير مئات الملايين من الدولارات) يمكن أن يكون بسيطًا مثل دفع قليل في الاتجاه الصحيح.
RRM
يركز RSGS بشكل أساسي على إصلاح الأقمار الصناعية ، ولكن هناك فرصة أخرى كبيرة للعمل في المدار - إنها تزود بالوقود ؛ لأن عمر معظم الأقمار الصناعية يتحدد حسب مقدار الوقود الموجود في المخازن. أرسلت
العديد من مشاريع التزود بالوقود الآلية التابعة لناسا معدات اختبار إلى المحطة الفضائية الدولية لتحديد أفضل طريقة لتزويد السواتل بالوقود الذي لم يتضمن مشروعه مثل هذه الإجراءات. يتم تغليف هذه الأقمار الصناعية (في الواقع ، جميع الأقمار الصناعية) على الأرض بإحكام ، وصمامات الغاز ملفوفة بإحكام ، مثبتة بأسلاك ومغطاة بالعزل الحراري. لإعادة تزويد الأقمار الصناعية بالوقود ، سيتعين عليك إزالة كل هذا تمامًا وبطريقة غير طبيعية تمامًا.
بدأت مهمات إعادة التزويد بالوقود الآلية التابعة لناسا في عام 2011 وأرسلت معدات اختبار بحجم ثلاجة صغيرة إلى محطة الفضاء الدولية. باستخدام نسخ من صمامات الأقمار الصناعية ، والوقود الحقيقي ، ومجموعة من الأدوات التي يمكن للذراع الآلي التحكم فيها في المحطة ، اختبرت ناسا مهمات RRM ووضعت مجموعة من الإجراءات للتزود بالوقود العملي للأقمار الصناعية في المدار. تم إطلاق أحدث
مهمة RRM3 في ديسمبر 2018 للتحقق من نقل الوقود المبردة. يجب تخزينها في صورة مبردة ، ولكن يحتمل أن تكون أكثر قوة من
الوقود الأحادي الهيدرازين ، والذي يستخدم في محركات معظم الأقمار الصناعية. في أبريل من هذا العام ، فقد RRM3 قدرته على تبريد الوقود ، وكان لا بد من طرحه في الفضاء ، لكن وكالة ناسا كانت لا تزال
قادرة على التحقق من جميع الأدوات والإجراءات اللازمة لنقل الوقود ، حتى بدون وجود الوقود في الخزانات.
استعادة-L
يجمع مشروع Restore-L بين وظائف الخدمة والتزود بالوقود - وفي الوقت الحالي ، يعد هذا المشروع هو مشروع الخدمة الساتلية الأكثر إثارة للاهتمام. ستصبح Restore-L مركبة فضائية آلية تنفذ كل شيء تعلمته ناسا حول الصيانة والتزود بالوقود. وسيزور القمر الصناعي لاندسات 7 ، وهو ساتل للاستشعار عن بعد تملكه الحكومة الأمريكية ويقع في مدار الأرض المنخفض في عام 1999 ، ويمكنه العمل على الوقود المتاح حتى عام 2021. المهمة طموحة ، لكن لها فوائد هائلة: تبلغ تكلفة لاندسات 7 أكثر من نصف مليار دولار وسوف عظيم إذا استطعنا التزود بالوقود وتركه وغيرها من الأقمار الصناعية في الخدمة.
رسم الفنان: Restore-L (أسفل) على وشك التقاط وخدمة Landsat 7يتم تطوير أهم مكونات Restore-L في مركز جودارد لرحلات الفضاء (GSFC) التابع لناسا ، بينما
يعمل ماكسار على معدات الحافلة والذراع الآلية. التقينا برنت روبرتسون ، مدير مشروع Restore-L ، في
مركز تشغيل آلي يشبه الجدار الأسود يشبه الكهوف ، حيث يقومون بفحص أجهزة وبرامج Restore-L. في نهاية المشروع ، سيكون هناك زوجان من الأسلحة الآلية الكبيرة القادرة على التقاط الأقمار الصناعية ، مع مجموعة من الأدوات ومجموعة من المستشعرات التي تسمح لكلاهما بالتحكم عن بُعد من الأرض والعمل بشكل مستقل تمامًا.
ستتضمن مهمة التزود بالوقود لاندسات 7 إجراءًا معقدًا نموذجيًا لإعادة تزويد أي قمر صناعي بالوقود. سيكون على استعادة L:
- القبض بشكل مستقل لاندسات 7.
- باستخدام أداة التحكم عن بُعد باستخدام أداة ، قم بفصل الأغطية العازلة التي تحمي صمامات الملء والتفريغ.
- باستخدام أداة أخرى ، قطع الأسلاك على الصمامات.
- فك أغلفة الصمامات.
- قم بتوصيل منفذ فصل سريع بصمام التعبئة.
- نقل 115 كجم من الهيدرازين إلى القمر الصناعي.
- مرة أخرى ، أغلق كل شيء بالعزل الحراري ، وتأكد من أن لا شيء قد هرب إلى الفضاء.
يقول روبرتسون: "تم اختيار لاندسات 7 لأن هذا القمر الصناعي هو ممثل بدرجة كافية". مثل معظم الأقمار الصناعية. يحتوي على حلقة مارمان ، وهي مكون هيكلي قام بتوصيله مرة واحدة إلى المرحلة العليا من الصاروخ ، ويوفر الآن نقطة قبضة قياسية ومريحة للذراع Restore-L الآلية. قد يكون للأقمار الصناعية المختلفة صمامات ملء مختلفة ، وستحتوي Restore-L على أدوات مصممة للاندسات 7 ، ولكن بشكل عام يجب أن يكون الإجراء هو نفسه إلى حد ما ، ويمكن استبدال الأدوات إذا لزم الأمر.
الأهم من ذلك ، لاندسات 7 هو ممثل لأنه لم يكن من المخطط للتزود بالوقود ، ويقول روبرتسون. عندما أطلقوا لاندسات 7 ، لم يخططوا للتزود بالوقود. لا أحد يعتقد أنه سيكون من الممكن. وسنكون أول من يعرضها ".
سيبدأ الجزء الأكثر صعوبة في المهمة ، على الأرجح ، بعد أن يستعيد Restore-L أرض لاندسات 7 ويبدأ مناورة لالتقاطها. لا يمكن التحكم فيها عن بعد ، لأنه حتى تأخير واحد أو ثانيتين سيكون طويلاً للغاية لمثل هذه العملية الحساسة - في ظروف الجاذبية الصغرى ، يمكن أن تتسبب ملكة جمال في تدور Restore-L و Landsat 7 بشكل غير قابل للسيطرة ، أو حتى إتلاف Landsat 7. يجب أن يتم الالتقاط بشكل مستقل ، وعند الاستعادة سيتم تثبيت كاميرات -L للطيف المرئي ، وكاميرات الأشعة تحت الحمراء وغطاء للمساحة ، تم تطويرهما في GSFC. حسنًا ، إذا حدث خطأ ما ، يجب أن تكون السفينة ذكية بما يكفي للعودة.
نموذج لاندسات 7 الجزئي مثبت على تثبيت روبوتي محاكي للجاذبية الصغرىيختبر GSFC بشكل شامل المعدات على الأرض ، ويستعد لهذا الالتقاط الذاتي في المدار. يضم مركز الروبوت التشغيلي نموذجًا واسع النطاق للجزء السفلي من لاندسات 7 ، مثبتًا على روبوت ذو ستة أرجل ، تحاكي أرجلها ست درجات من الحرية في الحركة التي واجهتها لاندسات 7 أثناء الطيران.
واحد من المستعادة L- المتلاعبينتعد قبضة Restore-L ، التي تتمتع بسبع درجات من الحرية ، طويلة بما يكفي للاستيلاء على لاندسات 7 من مسافة متر ، وتضمن محركات التروس الموجية في مفصلية المقبض التشغيل الدقيق بأقل قدر من رد الفعل العكسي. تتيح مستشعرات التواء المسك لها تقييم قوة قبضة الهدف بشكل مستقل.
يقول روبرتسون إنه بمجرد أن يستعيد Restore-L الهدف بشكل صحيح ، فإنه يفتح العديد من الاحتمالات. "لدى Restore-L العديد من القدرات ، يمكننا أن نفعل أكثر من مجرد التزود بالوقود لاندسات 7. من الصعب القطع والتفكيك والتزود بالوقود. ومع ذلك ، لدينا مجموعة واسعة من قدرات التقاط الأقمار الصناعية والحركة. "
واحدة من المشاكل هي أن Restore-L قد لا يكون لديها دائمًا الأدوات التي تحتاجها للتزود بالوقود بنفسها. نظرًا لتصميم الأقمار الصناعية دون إمكانية الخدمة ، فليس هناك جدوى من توحيد صمامات الملء أو تسهيل الوصول إليها. قامت GSFC بتطوير صمامات صديقة للروبوتية تسهل هذا العمل ، ويسعدها ترخيص هذه التكنولوجيا للجميع ، ولكن حتى الآن هذه الصمامات ليست على الأقمار الصناعية. يقول روبرتسون: "الوضع مشابه لمشكلة الدجاج والبيض". - لم يشارك أي شخص في الصيانة الآلية ، لذلك إلى أن يظهروا ذلك ، سيحجم المشغلون عن الاستثمار في الصيانة - إلى أن يروا أن ذلك ممكن. أعتقد أنه عندما نعرض حقًا كل شيء على لاندسات 7 ، سترى كيف ستقدر الصناعة هذه الفرصة ".
فقط عدد قليل من الطلاء والصمامات والتجهيزات العازلة للحرارة التي يجب على Restore-L التعامل معهابعد جولتنا في مركز عمليات الروبوتات ، سألنا روبرتسون عدة أسئلة حول الصيانة المستقبلية للأقمار الصناعية.
طيف IEEE: يوجد الآن ميل لتقليل الحجم والتكلفة ، وزيادة عدد الأقمار الصناعية. ما الذي يمكن أن تقدمه الأقمار الصناعية الكبيرة لجعل خدمتها مفيدة على المدى الطويل؟تتزايد باستمرار قوة الحوسبة التي يمكن إرسالها إلى الفضاء في الأقمار الصناعية التي تتناقص باستمرار. ومع ذلك ، لا تزال بعض الأشياء تتطلب فتحات كبيرة ، مثل الهوائيات أو المرايا. يتم إجراء بعض الدراسات بواسطة أشخاص. إذا ذهبنا إلى القمر وإلى المريخ ، فسوف نحتاج إلى روبوتات تجمع أشياء مختلفة. وهذا ليس مجرد خيار أكثر اقتصادا ، ولكن أيضا ضروري.
إلى جانب إطالة عمر الأقمار الصناعية القديمة عن طريق إعادة تزويدها بالوقود ، هل يمكن للتكنولوجيا الخاصة بك أن تخلق فرصًا جديدة لهذه الأقمار الصناعية التي لم يكن لديها لولا ذلك؟نعم. مهمتنا الرئيسية هي التزود بالوقود لاندسات 7 ، ولكن لدينا العديد من القدرات الإضافية. حتى الآن ، فإن حجم الأقمار الصناعية محدود بسبب الحجم المفيد للصواريخ التي تدخلها في المدار ، وهذا يحد كل شيء من حجم مرآة التلسكوب إلى حجم هوائي سواتل الاتصالات. ومع ذلك ، عندما يكون لدينا روبوت في الفضاء ، سيتيح لنا ذلك الابتعاد عن هذا النموذج - سيكون من الممكن إجراء عدة عمليات إطلاق ، ثم إظهار تصنيع وتجميع الأشياء في الفضاء. وهذا سوف يؤدي إلى إنشاء فئة جديدة من البعثات.
هل هذه هي الطريقة التي يجب أن نتخيل Restore-L على المدى الطويل؟هذا ما أتخيله! نظهر كثيرا. في نواح كثيرة ، سنكون الأول ، لكننا لن نكون الأخير. لا أحد يعرف الشكل الذي سيكون عليه الفضاء خلال 30 عامًا ، لكنني متأكد من أنه سيكون هناك روبوتات أكثر بكثير من اليوم. كل هذه الأقمار الصناعية مكلفة للغاية - بعضها يستحق أكثر من مليار دولار. وإذا لم ينجح شيء ما فجأة ، تعتبر المهمة غير ناجحة. ولكن إذا كان هناك روبوتات في الفضاء ، فستتاح لك الفرصة لإلغاء تحديد الأجزاء وقطعها ونقل الأجزاء. من المحتمل ، عندما تكون التكنولوجيا قد تطورت بما فيه الكفاية ، سيكون من الممكن إضافة إمكانات جديدة للأقمار الصناعية ، وزيادة وظائف الأقمار الصناعية ، وإطلاقها في الفضاء ليس قمرًا صناعيًا جديدًا بالكامل ، ولكن فقط تفاصيل منه.
في الفضاء الآن هناك عدد كبير من الأقمار الصناعية الميتة ، والكثير من المعدات. يمكنك البدء في التفكير في حفظ هذه المعدات مع الروبوتات. سيكون من الممكن أخذ هذه المرحلة العليا ، التي تحتوي على إلكترونيات بقيمة ملايين الدولارات ، واستخدامها - فهي تفتقر إلى الوقود فقط. كل هذا يمكن انقاذه. أو يمكنك أن تأخذ جهازين مختلفين وتجمع بينهما. لن أدهش إذا كان الناس خلال 20-30 سنة سوف يصطادون أقمار صناعية غير عاملة ويعيدون تشكيلهم لأغراض أخرى.
* * *
من المقرر إطلاق Restore-L في موعد لا يتجاوز ديسمبر 2022 ، إلا إذا مر النظام بطبيعة الحال بجميع عمليات الفحص واستمر التمويل. إذا نجحت خدمة لاندسات 7 ، فإن 115 كيلوغرام من الوقود التي يمكن لشركة Restore-L ضخها في لاندسات 7 تملأ خزان الأخير وتمدد تشغيله لعدة سنوات. وستظل Restore-L في مدارها ، حيث يمكن أن تساعد ناسا على تطوير تقنيات جديدة للصيانة أو البناء.