कैसे कम पृथ्वी की कक्षा में एक उपग्रह को पकड़ना और फिर से भरना नासा के बारे में है

2022 में, नासा का रोबोट अंतरिक्ष यान लैंडसैट 7 की सेवा करेगा

निकट भविष्य में, अंतरिक्ष तक पहुंच बेहद महंगी रहेगी। यहां तक ​​कि पुन: प्रयोज्य रॉकेट जैसी चालों का उपयोग करते समय या गुब्बारे और विशालकाय विमानों से प्रक्षेपित करते समय, एक किलोग्राम पेलोड को कम पृथ्वी की कक्षा में डालने की लागत अभी भी कई हजार डॉलर है। और जैसे ही आप कक्षा में कुछ डालते हैं, तो यह (कुछ अपवादों के साथ) अपने स्वयं के उपकरणों के लिए छोड़ दिया जाता है, और आप केवल यह आशा कर सकते हैं कि ईंधन से बाहर निकलने से पहले यह अपना काम पूरा कर लेगा। उसके बाद, अधिकांश उपग्रह बेकार हैं।

सामान्य तौर पर, ऐसी प्रणाली बेहद अक्षम लगती है। नासा इसे बदलना चाहेगा, और अंतरिक्ष में मरम्मत कार्यशालाओं और गैस स्टेशनों को रखने के लिए इसे एक महान विचार मानता है। कई उपग्रह रखरखाव कार्यक्रम विकास के विभिन्न चरणों में हैं, और इस वर्ष आईईईई स्पेक्ट्रम पत्रिका टीम ने अधिक जानने के लिए नासा के गोडार्ड स्पेस टेक्नोलॉजी रोबोटिक्स टेक्नोलॉजी सेंटर का दौरा किया।

RSGS

इस साल, रक्षा उन्नत अनुसंधान परियोजना कार्यालय (DARPA) विभाग से जियोसिंक्रोनस सैटेलाइट सर्विस रोबोटिक्स सर्विस (RSGS) परियोजना को निलंबित कर दिया गया था, जब मुख्य ठेकेदार, मैक्सार टेक्नोलॉजीज ने उसके लिए उपकरण बनाने से इनकार कर दिया था। DARPA इस वर्ष के अंत से पहले नए समझौतों की घोषणा करने में सक्षम होने और 2023 में RSGS परियोजना शुरू करने की उम्मीद करता है। RSGS दो रोबोट जोड़तोड़ के साथ एक अर्ध-स्वचालित अंतरिक्ष यान है, जिसे भू-समकालिक उपग्रहों की सेवा करनी होगी, और सेवा जीवन का विस्तार करने के लिए उनकी समस्याओं की मरम्मत करनी होगी। वीडियो इस अवधारणा को दिखाता है कि यह तकनीक कितनी मूल्यवान हो सकती है - एक अटक सौर पैनल एक पूरी तरह से नए उपग्रह के अस्तित्व को मिटा सकता है, जबकि इस समस्या को हल करना (और सैकड़ों मिलियन डॉलर की बचत करना) सही दिशा में थोड़ा धक्का जितना सरल हो सकता है।

RRM

RSGS मुख्य रूप से उपग्रहों को ठीक करने पर केंद्रित है, लेकिन कक्षा में काम करने का एक और शानदार अवसर है - यह ईंधन भरने वाला है; क्योंकि अधिकांश उपग्रहों का जीवनकाल इस बात से निर्धारित होता है कि उनके पास स्टॉक में कितना ईंधन है। कई नासा रोबोटिक ईंधन भरने वाली परियोजनाओं ने आईएसएस को उन उपग्रहों को फिर से भरने का सबसे अच्छा तरीका निर्धारित करने के लिए परीक्षण उपकरण भेजे थे जिनकी परियोजना में ऐसे कार्यों को शामिल नहीं किया गया था। पृथ्वी पर ऐसे उपग्रहों (वास्तव में, सभी उपग्रहों) को कसकर लपेटा जाता है, गैस वाल्वों को कसकर लपेटा जाता है, तारों के साथ तय किया जाता है और थर्मल इन्सुलेशन के साथ कवर किया जाता है। उपग्रहों को फिर से भरने के लिए, आपको यह सब पूरी तरह से और पूरी तरह से असामान्य तरीके से निकालना होगा।

नासा के रोबोट रीफ्यूलिंग मिशन (आरआरएम) ने 2011 में शुरू किया और परीक्षण उपकरण को आईएसएस के लिए एक छोटे रेफ्रिजरेटर का आकार भेजा। सैटेलाइट वाल्व, वास्तविक ईंधन और उपकरण का एक सेट का उपयोग करना, जो रोबोट पर नियंत्रण कर सकता है, नासा ने आरआरएम मिशनों का परीक्षण किया और उपग्रहों के व्यावहारिक ईंधन भरने के लिए प्रक्रियाओं का एक सेट स्थापित किया। क्रायोजेनिक ईंधन के हस्तांतरण को सत्यापित करने के लिए सबसे हालिया आरआरएम 3 मिशन दिसंबर 2018 में शुरू किया गया था; इसे एक प्रशीतित रूप में संग्रहीत करने की आवश्यकता होती है, लेकिन संभवतः यह हाइड्रेंजिन मोनोफ्यूल की तुलना में बहुत अधिक शक्तिशाली होता है, जो कि अधिकांश उपग्रहों के इंजन में उपयोग किया जाता है। इस वर्ष के अप्रैल में, आरआरएम 3 ने ईंधन को ठंडा करने की अपनी क्षमता खो दी, और इसे अंतरिक्ष में फेंकना पड़ा, लेकिन नासा अभी भी टैंक में ईंधन के बिना, ईंधन के हस्तांतरण के लिए सभी उपकरणों और प्रक्रियाओं की जांच करने में सक्षम था।

पुनर्स्थापित-एल

रिस्टोर-एल परियोजना सेवा और ईंधन भरने के कार्यों को जोड़ती है - और इस समय यह सबसे दिलचस्प उपग्रह सेवा परियोजना है। रिस्टोर-एल एक रोबोटिक अंतरिक्ष यान बन जाएगा जो नासा द्वारा रखरखाव और ईंधन भरने के बारे में सीखी गई चीजों को लागू करता है। वह 1999 में पृथ्वी की निचली कक्षा में स्थित अमेरिकी सरकार के स्वामित्व वाले रिमोट सेंसिंग उपग्रह लैंडसैट 7 का दौरा करेंगे और 2021 तक अपने स्वयं के ईंधन पर काम करने में सक्षम होगा। मिशन महत्वाकांक्षी है, लेकिन इसके बहुत बड़े लाभ हैं: लैंडसैट 7 की लागत एक अरब डॉलर और इच्छाशक्ति से अधिक है महान अगर हम ईंधन भर सकते हैं और उसे और अन्य उपग्रहों को सेवा में छोड़ सकते हैं।


कलाकार की ड्राइंग: रिस्टोर-एल (बॉटम) लैंडसैट 7 को पकड़ने और सेवा करने वाली है

सबसे महत्वपूर्ण रिस्टोर-एल घटकों को नासा के गोडार्ड स्पेस फ्लाइट सेंटर (जीएसएफसी) में विकसित किया जा रहा है, जबकि मैक्सर जहाज के बस और रोबोट आर्म उपकरण पर काम कर रहा है । हम ब्रेंट रॉबर्टसन के साथ, एक गुफा जैसी ब्लैक-वॉल रोबोट ऑपरेशन सेंटर में रिस्टोर-एल के प्रोजेक्ट मैनेजर के साथ मिले, जहाँ वे रिस्टोर-एल के हार्डवेयर और सॉफ्टवेयर की जाँच करते हैं। परियोजना के अंत में, यह उपग्रहों को पकड़ने में सक्षम बड़े रोबोट हथियारों की एक जोड़ी होगी, जिसमें उपकरणों का एक सेट और सेंसर का एक गुच्छा होगा जो दोनों को पृथ्वी से दूर से नियंत्रित करने और पूरी तरह से स्वायत्तता से कार्य करने की अनुमति देता है।

लैंडसैट 7 ईंधन भरने के मिशन में किसी भी उपग्रह को ईंधन भरने की एक जटिल प्रक्रिया शामिल होगी। रिस्टोर-एल के लिए करना होगा:

• स्वायत्त रूप से लैंडसैट 7 पर कब्जा।
• एक उपकरण के साथ एक रिमोट कंट्रोल के माध्यम से, भरने और निर्वहन वाल्व की रक्षा करने वाले इन्सुलेट कवर को काट दें।
• दूसरे उपकरण का उपयोग करके, वाल्वों पर तारों को काटें।
• खोलना वाल्व कवर।
• भरने वाले वाल्व में एक त्वरित डिस्कनेक्ट पोर्ट संलग्न करें।
• 115 किलोग्राम हाइड्रेंजीन को उपग्रह में स्थानांतरित करना।
• फिर से, थर्मल इन्सुलेशन के साथ सब कुछ बंद करें, और सुनिश्चित करें कि अंतरिक्ष में कुछ भी नहीं बचा है।

रॉबर्टसन कहते हैं, "लैंडसैट 7 को इसलिए चुना गया क्योंकि यह उपग्रह पर्याप्त प्रतिनिधि है।" अधिकांश उपग्रहों की तरह। इसमें एक मार्मन रिंग है, एक संरचनात्मक घटक है जो एक बार इसे रॉकेट के ऊपरी चरण से जुड़ा था, और अब रिस्टोर-एल रोबोट बांह के लिए एक मानक और सुविधाजनक पकड़ बिंदु प्रदान करता है। अलग-अलग उपग्रहों में अलग-अलग फिलिंग वॉल्व हो सकते हैं, और रिस्टोर-एल में लैंडसैट 7 के लिए डिज़ाइन किए गए उपकरण होंगे, लेकिन सामान्य तौर पर प्रक्रिया कमोबेश एक जैसी होनी चाहिए, और यदि आवश्यक हो तो उपकरण बदले जा सकते हैं।


महत्वपूर्ण बात यह है कि लैंडसैट 7 इस बात का प्रतिनिधि है कि इसे ईंधन भरने की योजना नहीं थी, रॉबर्टसन कहते हैं। “जब उन्होंने लैंडसैट 7 लॉन्च किया, तो उन्होंने इसे फिर से भरने की योजना नहीं बनाई। किसी ने नहीं सोचा था कि यह संभव होगा। और हम इसे दिखाने वाले पहले व्यक्ति होंगे। "

मिशन में सबसे कठिन हिस्सा शुरू हो जाएगा, सबसे अधिक संभावना है, पुनर्स्थापना-एल के लैंडस्केप 7 के साथ पकड़ने और कब्जा करने के लिए एक पैंतरेबाज़ी शुरू करने के बाद। इसे दूरस्थ रूप से नियंत्रित नहीं किया जा सकता है, क्योंकि इस तरह के नाजुक ऑपरेशन के लिए एक या दो सेकंड की देरी बहुत लंबी होगी - माइक्रोग्रैविटी स्थितियों में, एक पर्ची अनियंत्रित रूप से स्पिन करने के लिए रिस्टोर-एल और लैंडसैट 7 का कारण बन सकती है, या यहां तक ​​कि नुकसान भी पहुंचा सकती है। जीएसएफसी में विकसित दृश्यमान स्पेक्ट्रम, अवरक्त कैमरे और अंतरिक्ष के लिए एक लिडार के लिए एल कैमरे लगाए जाएंगे। ठीक है, अगर कुछ गलत हो जाता है, तो जहाज को वापस चालू करने के लिए पर्याप्त स्मार्ट होना चाहिए।


आंशिक भू-भाग 7 मॉडल एक माइक्रोग्रैविटी-सिम्युलेटेड रोबोट इंस्टॉलेशन पर स्थापित किया गया है

जीएसएफसी पृथ्वी पर बड़े पैमाने पर उपकरणों का परीक्षण करता है, जो कक्षा में इस स्वायत्त कब्जा की तैयारी कर रहा है। ऑपरेटिंग रोबोटिक केंद्र में लैंडसैट 7 के निचले हिस्से का एक पूर्ण-स्तरीय मॉडल है, जो छह पैरों वाले रोबोट पर लगाया गया है, जिसके पैर उड़ान में लैंडसैट 7 द्वारा अनुभव की गई गति में स्वतंत्रता की छह डिग्री का अनुकरण करते हैं।


रिस्टोर-एल मैनिपुलेटर्स में से एक

रिस्टोर-एल ग्रिप, जिसमें सात डिग्री की स्वतंत्रता है, एक मीटर की दूरी से लैंडसैट 7 को हथियाने के लिए काफी लंबा है, और पकड़ जोड़ों में वेव गियर मोटर्स न्यूनतम बैकलैश के साथ सटीक संचालन की गारंटी देते हैं। पकड़ मरोड़ सेंसर इसे स्वायत्त रूप से लक्ष्य की पकड़ बल का मूल्यांकन करने की अनुमति देते हैं।

जैसे ही रिस्टोर-एल लक्ष्य को ठीक से पकड़ लेता है, यह कई संभावनाएं खोलता है, रॉबर्टसन कहते हैं। “रिस्टोर-एल में कई क्षमताएं हैं, हम केवल ईंधन भरने वाले लैंडसैट की तुलना में बहुत अधिक कर सकते हैं। काटना, काटना और ईंधन भरना मुश्किल है। हालांकि, हमारे पास सैटेलाइट कैप्चर और मूवमेंट क्षमताओं की एक विस्तृत श्रृंखला है। ”

समस्याओं में से एक यह है कि पुनर्स्थापना-एल के पास हमेशा ऐसे उपकरण नहीं हो सकते हैं जो उसे स्वयं से ईंधन भरने की आवश्यकता होती है। चूंकि उपग्रहों को सेवाक्षमता के बिना डिजाइन किया गया था, इसलिए भरने वाले वाल्वों को मानकीकृत करने या उन तक पहुंच आसान बनाने का कोई मतलब नहीं था। जीएसएफसी ने रोबोट-फ्रेंडली वाल्व विकसित किए हैं जो इस काम को सुविधाजनक बनाएंगे, और इस तकनीक को सभी के लिए खुश करने के लिए खुश हैं, लेकिन अभी तक ये वाल्व उपग्रहों पर नहीं हैं। "स्थिति चिकन और अंडे की समस्या के समान है," रॉबर्टसन कहते हैं। - कोई भी रोबोटिक रखरखाव में शामिल नहीं था, इसलिए जब तक वे इसे नहीं दिखाते हैं, ऑपरेटर रखरखाव में निवेश करने के लिए अनिच्छुक होंगे - जब तक वे यह नहीं देखते कि यह संभव है। मुझे लगता है कि जब हम वास्तव में लैंडसैट 7 पर सब कुछ दिखाएंगे, तो आप देखेंगे कि उद्योग कैसे इस अवसर की सराहना करेगा। ”


केवल कई थर्मल इन्सुलेट कोटिंग्स, वाल्व और फिटिंग में से कुछ जो रिस्टोर-एल से निपटना है

रोबोटिक्स ऑपरेशन सेंटर के हमारे दौरे के बाद, हमने रॉबर्टसन से उपग्रहों के भविष्य के रखरखाव के बारे में कई सवाल पूछे।

IEEE स्पेक्ट्रम: अब आकार और लागत को कम करने और उपग्रहों की संख्या बढ़ाने की प्रवृत्ति है। लंबे समय में उनकी सेवा को उपयोगी बनाने के लिए बड़े उपग्रह क्या पेशकश कर सकते हैं?

कंप्यूटिंग शक्ति जो कभी घटते उपग्रहों में अंतरिक्ष में भेजी जा सकती है, लगातार बढ़ रही है। हालांकि, कुछ चीजों को अभी भी बड़े एपर्चर की आवश्यकता होती है, जैसे कि एंटेना या दर्पण। कुछ अध्ययन लोगों द्वारा किए जाते हैं। अगर हम चंद्रमा और मंगल पर जा रहे हैं, तो हमें विभिन्न चीजों को इकट्ठा करने वाले रोबोट की आवश्यकता होगी। और यह केवल एक अधिक किफायती विकल्प नहीं है, बल्कि आवश्यक भी है।

पुराने उपग्रहों के जीवन को फिर से भरने के अलावा, क्या आपकी तकनीक इन उपग्रहों के लिए नए अवसर पैदा कर सकती है जो उनके पास नहीं हैं?

हां। हमारा मुख्य मिशन लैंडसैट 7 को फिर से ईंधन देना है, हालांकि हमारे पास कई अतिरिक्त क्षमताएं हैं। अब तक, उपग्रहों का आकार रॉकेटों की उपयोगी मात्रा द्वारा उन्हें कक्षा में लाने तक सीमित है, और यह दूरबीन दर्पण के आकार से संचार उपग्रहों एंटीना के आकार तक सब कुछ सीमित करता है। हालांकि, जब हमारे पास अंतरिक्ष में एक रोबोट है, तो यह हमें इस प्रतिमान से दूर जाने की अनुमति देगा - यह कई लॉन्च करने के लिए संभव होगा, और फिर अंतरिक्ष में चीजों के निर्माण और संयोजन को दिखाएगा। और इससे मिशनों के एक नए वर्ग का निर्माण होगा।

क्या हमें लंबे समय में रिस्टोर-एल की कल्पना करनी चाहिए?

कि मैं उसकी कल्पना कैसे करूँ! हम बहुत कुछ प्रदर्शित करते हैं। कई मायनों में, हम पहले होंगे, लेकिन हम अंतिम नहीं होंगे। कोई नहीं जानता कि 30 वर्षों में अंतरिक्ष कैसा होगा, लेकिन मुझे यकीन है कि आज की तुलना में बहुत अधिक रोबोट होंगे। ये सभी उपग्रह बेहद महंगे हैं - इनमें से कुछ की कीमत एक बिलियन डॉलर से अधिक है। और अगर अचानक कुछ काम नहीं करता है, तो मिशन को असफल माना जाता है। लेकिन अगर अंतरिक्ष में रोबोट हैं, तो आपके पास भागों को निकालने, भागों को ले जाने, भागों को स्थानांतरित करने का अवसर होगा। संभावित रूप से, जब तकनीक पर्याप्त रूप से विकसित हो गई है, तो उपग्रहों में नई क्षमताओं को जोड़ना संभव होगा, उपग्रहों की कार्यक्षमता में वृद्धि होगी, एक पूरे नए उपग्रह को अंतरिक्ष में लॉन्च नहीं किया जाएगा, बल्कि इससे केवल एक विस्तार होगा।

अंतरिक्ष में अब बड़ी संख्या में मृत उपग्रह, बहुत सारे उपकरण हैं। आप रोबोट के साथ इस उपकरण को बचाने के बारे में सोचना शुरू कर सकते हैं। इस ऊपरी चरण को लेना संभव होगा, जिसमें लाखों डॉलर मूल्य के इलेक्ट्रॉनिक्स शामिल हैं, और इसका उपयोग करते हैं - इसमें केवल ईंधन की कमी है। यह सब बचाया जा सकता है। या आप दो अलग-अलग डिवाइस ले सकते हैं और उन्हें जोड़ सकते हैं। मुझे आश्चर्य नहीं होगा यदि 20-30 वर्षों में लोग गैर-कार्यशील उपग्रहों को पकड़ लेंगे और अन्य उद्देश्यों के लिए उन्हें फिर से प्रोफाइल करेंगे।

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रिस्टोर-एल को दिसंबर 2022 से पहले लॉन्च करने की योजना है, जब तक कि निश्चित रूप से, सिस्टम सभी चेक पास नहीं करता है और फंडिंग जारी है। यदि लैंडसैट 7 सेवा सफल होती है, तो 115 किलो ईंधन जो कि रिस्टोर-एल पंपसेट 7 में पंप कर सकता है, बाद के टैंक को भर देगा और कई वर्षों तक इसके संचालन का विस्तार करेगा। और पुनर्स्थापना-एल कक्षा में रहेगा, जहां यह नासा को रखरखाव या निर्माण के लिए नई तकनीकों को विकसित करने में मदद कर सकता है।