La NASA sta pianificando una missione per dimostrare la capacità di riparare e aggiornare i satelliti in orbita terrestre. La missione, denominata OSAM-1 (On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing-1), invierà un veicolo spaziale robotico dotato di bracci robotici e tutti gli strumenti e le attrezzature necessarie per riparare, rifornire di carburante o estendere la durata della vita dei satelliti, anche se quelli i satelliti non sono stati progettati per essere serviti in orbita.

Il primo volo di prova dell'OSAM-1 è previsto per il lancio non prima del 2026 e andrà in orbita terrestre bassa per incontrarsi, agganciarsi e attraccare con Landsat 7, un satellite per l'osservazione della Terra che è in orbita dal 1999. La missione condurrà un primo test dimostrativo di rifornimento di carburante, quindi riposizionare il satellite su una nuova orbita. Sebbene alcune parti della missione siano autonome, i teleoperatori umani condurranno gran parte delle procedure e delle manovre a distanza dalla Terra.

La NASA afferma che riparare i satelliti, invece di lasciare che i veicoli spaziali defunti vadano alla deriva nell'orbita terrestre, aiuta a ridurre i detriti spaziali per creare un futuro più sostenibile per l'esplorazione spaziale. Inoltre, il volo di prova valuterà l'assemblaggio e la produzione robotica in orbita, che molti vedono come una tecnologia necessaria per il futuro, come la manutenzione durante missioni umane di lunga durata nel nostro Sistema Solare e la costruzione e il mantenimento di strutture in orbita della luna o Marte.

L'idea originale per una navicella spaziale per la manutenzione dei satelliti nasce da un'idea del noto ingegnere della NASA Frank Cepollina, che ha una storia di riparazione di veicoli spaziali in orbita. Ha guidato i team incaricati della pianificazione e della coreografia delle cinque missioni di manutenzione per il telescopio spaziale Hubble. Ha aiutato a progettare gli strumenti e le procedure specializzati che gli astronauti avrebbero utilizzato per riparare e aggiornare con successo Hubble, mantenendo il venerabile telescopio in funzione per anni più a lungo del previsto e consentendo l'installazione di strumenti e tecnologie migliori in ogni missione successiva. Ha anche guidato team che hanno sviluppato tecniche per riparare altri satelliti durante i primi giorni dell'era dello Space Shuttle.

"Per me, è sbalorditivo che avremmo semplicemente buttato via i satelliti in orbita", mi ha detto Cepollina nel 2016 quando ho visitato il Robotic Operations Center in quello che allora era chiamato Satellite Servicing Capabilities Office presso il Goddard Space Flight Center della NASA. "Sembrava che dovessimo trovare un modo per riparare questi satelliti per ragioni economiche e per i benefici scientifici che potremmo trarre. Volevo trovare un modo per riparare e aggiornare i satelliti".

Cepollina, che ora ha 85 anni, si è ritirato solo di recente dalla NASA, ma ha fatto da mentore e formato a diverse generazioni di ingegneri, senza mai rinunciare al suo sogno di riparare i satelliti. Dopo diverse proposte di missioni di manutenzione, il concetto è stato ufficialmente riconosciuto come una missione e ha ottenuto lo status di "elemento pubblicitario" nel budget della NASA. Ma c'è ancora molto lavoro da fare per essere pronti per il lancio entro il 2026.

"Quando fai qualcosa per la prima volta, ci sono molte nuove tecnologie e procedure, e ti imbatti intrinsecamente in blocchi stradali e battute d'arresto, e noi non siamo diversi", ha affermato Ross Henry, OSAM-1 Servicing Payload Manager, in un'intervista con Universo Oggi. "Abbiamo a che fare con diversi nuovi sistemi, come un nuovo sistema lidar (Light Detection and Ranging), un esclusivo sistema di trasferimento del propellente e due bracci robotici [uno è un backup ridondante] che possono utilizzare undici strumenti e adattatori unici, ciascuno con uno specifico scopo come parte della missione."

L'obiettivo principale del primo volo di prova dell'OSAM-1 sarà il rifornimento di Landsat 7, che si trova a circa 705 km (440 miglia) sopra la Terra. Ma dal momento che Landsat 7, come molti satelliti, non doveva mai essere riparato o addirittura rivisto, la navicella OSAM-1 non può semplicemente accostarsi a un altro satellite e collegare il tubo del carburante.

Innanzitutto, OSAM-1 dovrà avvicinarsi abbastanza da consentire a uno dei bracci del robot di afferrare Landsat 7, quindi eseguire manovre di attracco, utilizzando il morsetto di aggancio originale o l'anello Marman sul satellite.

"Quindi, c'è molto lavoro che dovremo fare per ottenere l'accesso al sito di rifornimento", ha spiegato Henry. "Gli operatori remoti di OSAM-1 dovranno tagliare la copertura termica isolante multistrato e spostarla per esporre le valvole di riempimento/scarico. Ma quando sono state chiuse prima del lancio, quelle valvole erano coperte con fili di blocco, quindi dovremo andare con forbici specializzate e tagliarle. Inoltre, ci sono cappucci di sicurezza ridondanti che rimuoveremo."

OSAM-1 trasporterà 122 kg (270 libbre) di carburante e il piano è di trasferirne 115 kg (250 libbre) a Landsat 7, utilizzando il braccio robotico e un sistema di tubi retrattili.

Naturalmente, tutto questo sta accadendo mentre entrambi i veicoli spaziali viaggiano a circa 26.500 km/h (16.500 mph). OSAM-1 è dotato di sei telecamere per le operazioni di rendez-vous e di prossimità da utilizzare durante l'avvicinamento a Landsat 7. Altre ventuno telecamere fanno parte di un sistema di sensori di visione specializzato per consentire ai teleoperatori di vedere le operazioni da ogni angolazione e i proiettori forniscono l'illuminazione per il lavoro per continuano anche durante la notte orbitale, che avviene circa ogni 50 minuti. Il periodo orbitale di Landsat 7 è di 99 minuti.

Il centro operativo robotico di Goddard include un banco di prova specializzato con pareti nere e foderate di tende in modo che quando le luci sono spente, simuli l'oscurità dello spazio. Ciò consente una formazione completamente immersiva con modelli su vasta scala di Landsat 7 e OSAM-1.

In precedenza, questa missione era conosciuta come Restore-L e si concentrava esclusivamente sul rifornimento di carburante e sulla riparazione. Ma nel febbraio del 2019 è stato aggiunto un nuovo componente alla missione, chiamato Space Infrastructure Dexterous Robot (SPIDER).

"Questo aggiunge la parte "assemblaggio e produzione" di OSAM-1", ha affermato Henry. "Una volta terminato con Landsat 7, lo rilasceremo e poi andremo a fare la parte di assemblaggio e produzione."

SPIDER include il proprio braccio robotico lungo 5 metri (16 piedi), portando a tre il numero totale di bracci robotici che volano su OSAM-1. SPIDER assemblerà un'antenna di comunicazione funzionale di 3 metri (9 piedi), costruita con parti portate nello spazio, e dimostrerà la trasmissione in banda Ka con una stazione di terra.

SPIDER produrrà anche un raggio composito leggero di 32 piedi (10 metri) per verificare la capacità di costruire grandi strutture di veicoli spaziali in orbita.

Lo sviluppo di tutti i sistemi, gli strumenti e le tecniche ha richiesto input da diverse aree tecnologiche.

"Abbiamo molti ingegneri davvero di nicchia che lavorano con noi che conoscono queste cose e le fanno giorno dopo giorno", ha detto Henry. "Alcuni dei nostri ingegneri più straordinari sono le persone robotiche che sanno come sono state costruite le braccia e capiscono le sfumature delle articolazioni e dei meccanismi, ad esempio in quali pose puoi e non puoi mettere il braccio, o se un'articolazione del gomito fallisce, sanno come si può ancora muovere l'end effector con gli altri sei attuatori.Abbiamo davvero una grande forza lavoro che si è tuffata a fondo nella parte tecnica di questa missione per diversi anni.Sono tutti leader nel loro campo, io no penso che ci sia un'altra squadra come loro nel paese o forse anche nel mondo".

Trovare un satellite candidato adatto come soggetto sperimentale per questa missione dimostrativa ha richiesto diversi anni di trattative, ha affermato Henry, poiché i requisiti erano specifici e doveva essere un satellite di proprietà del governo.

"Avevamo bisogno di un'agenzia governativa che fosse disposta a far sì che il loro satellite fosse il primo a dimostrare questa tecnologia", ha detto Henry. "Landsat 7 è adatto per una serie di motivi. Si trova in un'orbita facilmente accessibile ed è alla fine della sua vita di missione in termini di generazione di scienza. Landsat 9 è già stato lanciato ed è in fase di messa in servizio, quindi il suo successore è già attivo e funzionante."

La missione scientifica nominale di Landsat 7 è terminata il 6 aprile 2022 e il suo strumento scientifico principale, l'Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) è stato messo in modalità standby. Ma i suoi ventidue anni di attività hanno fornito dati sostanziali sulla gestione e valutazione della copertura del suolo, studi sui cambiamenti globali e sulla mappatura.

La missione finanziata e di base per OSAM 1 è "una e finita", dove una volta completate la manutenzione, il rifornimento di carburante e quindi la parte di assemblaggio e produzione della missione, è programmato per essere deorbitato e brucerà nell'atmosfera terrestre.

"Detto questo, riconosciamo che stiamo pilotando un veicolo molto capace con carburante disponibile", ha detto Henry, "quindi ci sono molte persone che vorrebbero vederci fare una missione di follow-up mentre siamo in orbita. Ma a partire da al momento, nulla è stato annunciato o finanziato."

Henry si è detto onorato ed entusiasta di guidare lo sforzo per realizzare il sogno di Frank Cepollina di avere in orbita un vero "carro attrezzi" per la manutenzione dei satelliti. Cepollina ha anche un altro sogno, che le flotte di questi satelliti simili a carri attrezzi possano costruire strutture nello spazio, non solo habitat, ma grandi telescopi spaziali con la capacità di visualizzare direttamente esopianeti distanti, ad esempio.

"Quello che stiamo dimostrando nella parte di assemblaggio e produzione sta gettando le basi per i futuri progressi nella ricerca della vita extraterrestre e, si spera, per la colonizzazione del Sistema Solare", ha detto Henry. "Tra decenni, penso che sarai in grado di far risalire a OSAM-1 la prima missione statunitense a dimostrare queste capacità in orbita". + Esplora ulteriormente

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