Se vuoi costruire o riparare qualcosa nello spazio, potresti pensare di aver bisogno di un umano per farlo. Ma cosa succede se non l'hai fatto? E se la navicella spaziale robotica potesse essere utilizzata per rifornire i satelliti in orbita, aggiungere nuovi strumenti a macchinari obsoleti e persino costruire intere strutture nello spazio?

Questa idea di servizio nello spazio è stata a lungo sognata, ma ora sta diventando una realtà. Proprio il mese scorso un satellite della compagnia di difesa statunitense Northrop Grumman si è agganciato a un altro satellite in orbita, prolungando la sua vita per molti altri anni e annunciando una nuova entusiasmante era per le missioni robotiche in orbita.

Con più di 3, 000 satelliti morti in orbita oggi, trovare modi per riparare vecchi satelliti con i robot potrebbe aiutarci a ridurre la quantità di spazzatura spaziale che circonda la Terra. E se possiamo usare anche veicoli spaziali robotici per costruire strutture in orbita, potrebbe aprire nuove porte a entusiasmanti missioni spaziali in futuro.

Appuntamento e attracco

Una delle principali sfide nell'eseguire la manutenzione nello spazio è riuscire a far incontrare e attraccare in orbita due veicoli spaziali. Per rendere la robotica spaziale di successo, le aziende devono assicurarsi di poter avvicinarsi a un veicolo spaziale bersaglio in modo lento e sicuro, e poi attaccarlo senza causare alcun danno.

La missione Northrop Grumman è stata notevole in quanto il veicolo spaziale bersaglio non è stato progettato per essere riparato. Ma, osserva Sabrina Andiappane degli specialisti di satelliti Thales Alenia Space in Francia, che coordina un progetto denominato EROSS, se siamo in grado di lanciare satelliti con in mente la manutenzione, il processo può essere semplificato.

"L'obiettivo della (missione Northrop Grumman) era quello di servire un satellite che non era pronto per essere riparato, " ha detto. "Ci proponiamo di farlo per i satelliti che saranno preparati e quindi sarà più efficiente se si vuole prolungare la loro vita".

Entro quest'anno, il team EROSS prevede di fare pratica nell'attracco di un veicolo spaziale "inseguitore" con un veicolo spaziale cliente. In un laboratorio, due finti veicoli spaziali saranno tenuti da bracci robotici per simulare l'essere nello spazio, e il cacciatore si avvicinerà quindi all'altro veicolo spaziale e attraccherà autonomamente, una qualità desiderabile per limitare le possibilità di errore umano.

Una volta attraccato, il cacciatore potrebbe quindi installare nuovi strumenti e rifornire il satellite client. Se il processo può essere reso il più semplice possibile, molte di queste missioni potrebbero essere eseguite in orbita con relativa facilità.

"L'obiettivo di EROSS è quello di (prepararsi) per vere missioni, " ha detto Andiappane. "Abbiamo diversi elementi costitutivi come sensori, pinze e algoritmi necessari per eseguire il rendezvous. E dimostreremo questa capacità".

L'ambiente spaziale stesso pone alcune sfide alle missioni di manutenzione robotica. Una è la terza legge di Newton:ogni azione ha una reazione uguale e contraria. Ciò significa che nello spazio, se provi a usare un braccio robotico per spostare qualcosa, sposterai anche la tua navicella spaziale.

"Nella microgravità ogni movimento crea una reazione su tutta la struttura, " ha affermato il dott. Thierry Germa della società francese di geoinformazione Magellium.

Specchio

Il Dr. Germa coordina un progetto chiamato PULSAR, che sta studiando come costruire grandi strutture in orbita con i robot, come grandi specchi per futuri telescopi spaziali. Nel 2021, La NASA prevede di lanciare il James Webb Space Telescope (JWST), un veicolo con un grande specchio di 6,5 metri per studiare l'universo. Però, Lo specchio di JWST sta raggiungendo il limite di ciò che possiamo inserire in un razzo. Così, PULSAR sta cercando un altro modo per mettere in orbita un grande specchio, lanciandolo in parti e costruendolo nello spazio.

Per superare il problema della terza legge di Newton, il veicolo spaziale robotico dovrà regolare il suo orientamento per compensare questo movimento durante la costruzione dello specchio, mantenendo il veicolo spaziale bello e stabile. A causa della complessità di questo processo, non sarà possibile far comandare a distanza da un essere umano il veicolo spaziale robotico, noto come teleoperazione. Anziché, l'automazione sarà fondamentale.

"Il processo di assemblaggio deve essere completamente convalidato e protetto perché non è possibile avere un essere umano nel circuito, " ha detto il dottor Germa.

PULSAR eserciterà l'assemblaggio dei diversi segmenti dello specchio principale di un finto telescopio in una piscina entro la fine dell'anno. In definitiva, il team prevede di produrre una simulazione realistica di come uno specchio di 10 metri di diametro, composto da 36 diversi segmenti, potrebbe essere costruito in orbita. E questo stesso processo potrebbe essere usato per costruire altre strutture in orbita, come grandi antenne per satelliti di telecomunicazioni, o forse anche pannelli solari per veicoli spaziali.

Aggiornamenti

I ricercatori stanno anche lavorando su aggiornamenti satellitari nello spazio per estendere la durata della vita delle apparecchiature in orbita attorno alla Terra e ridurre la necessità di continuare a lanciare nuovi satelliti per sostituire quelli vecchi.

Una soluzione è progettare satelliti con moduli diversi, o segmenti, che può essere facilmente sostituito da una navicella spaziale robotica.

Professor Xiu Yan dell'Università di Strathclyde, UK e i suoi colleghi ci stanno lavorando. "Stiamo cercando di sviluppare una soluzione per garantire la sostenibilità dell'uso futuro dello spazio, " Egli ha detto.

Coordina il progetto MOSAR, che mira a sviluppare un satellite open source che possa essere facilmente riproposto nello spazio. "In particolare, miriamo ad avere un servizio orbitale, capacità di manutenzione ed estensione della vita (per i satelliti)."

Ogni modulo sarebbe di circa 40 centimetri di diametro, con un braccio robotico in grado di staccarli autonomamente da un satellite o aggiungerne di nuovi. Utilizzando un design standardizzato, qualsiasi satellite potrebbe essere facilmente aggiornato tramite un satellite di manutenzione robotico, senza la necessità di avviare una sostituzione.

Entro quest'anno, il progetto eseguirà una dimostrazione di questa tecnologia modulare in un laboratorio, utilizzando un braccio robotico per esercitarsi ad attaccare diversi moduli a un finto satellite. E alla fine, piuttosto che un satellite che opera per un tempo limitato in orbita, le loro missioni potrebbero essenzialmente diventare infinite.

"Possono stare lì tutto il tempo che vuoi, " ha detto il prof. Yan. "Si tratta di un cambio di paradigma. Con questa nuova generazione di satelliti nello spazio, sarà possibile aggiornarli. Quindi, invece di inviare un satellite completamente nuovo, puoi inviare un piccolo aggiornamento a una struttura satellitare esistente per garantire un uso e un accesso allo spazio a lungo termine e convenienti."