ربات‌های در حال گردش می‌توانند به تعمیر و سوخت گیری ماهواره‌ها در فضا کمک کنند!!

به زودی رباتهایی برای حفظ ناوگان فضاپیماهای کوچکی تلاش خواهند کرد که زمین را احاطه کرده‌اند.

همانطور که در این انیمیشن نشان داده شده است، ظرف چند سال، ماموریت OSAM-1 ناسا به فضا پرتاب خواهد شد و از یک بازوی رباتیک برای سوخت‌گیری ماهواره رصد زمین لندست 7 استفاده خواهد کرد.

برای بیش از 20 سال، ماهواره لندست 7 هر 99 دقیقه یا بیشتر دور زمین می‌چرخید و تقریباً هر 16 روز از تمام سطح سیاره عکس می‌گرفت. یکی از بسیاری از صنایعی که تغییرات کره زمین را مشاهده کرد، ذوب یخچالهای طبیعی در گرینلند، رشد مزارع پرورش میگو در مکزیک و وسعت جنگل‌زدایی در پاپوآ گینه نو را نشان داد. اما پس از کمبود سوخت لندست 7، عمر مفید آن عملاً به پایان رسید. در فضا، سرویس‌دهی منظم به ماهواره مورد توجه نبوده است.

با این حال، اکنون ناسا یک راه حل بالقوه برای چنین ماهواره‌هایی دارد. در چند سال آینده، آژانس قصد دارد رباتی را به مدار پرتاب کند و آن را در فاصله نزدیک لندست 7 مانور دهد. این ربات از یک بازوی مکانیکی برای گرفتن و سوختگیری ماهواره در هوا استفاده می‌کند.

در صورت موفقیت آمیز بودن، این ماموریت نقطه عطفی را رقم می‌زند و اولین باری است که یک ماهواره در فضا سوخت گیری می‌کند و این ماموریت تنها یکی از تعدادی از سرمایه گذاری‌های عمومی و خصوصی برنامه‌ریزی شده است که برای استفاده از رباتها برای تعمیر و بهبود بیلیونها دلار ماهواره در مدار در نظر گرفته شده است.

در نهایت، تلاش‌هایی مانند این می‌تواند به ماهواره‌های بهتر و ارزانتری منجر شود که هزینه اینترنت و شبکه‌های تلفن همراه را کاهش می‌دهد، پیش‌بینی آب‌وهوای بهتری ارائه می‌کند و دیدگاه‌های بی‌سابقه‌ای از تغییرات سیاره‌ای و کیهان ارائه می‌دهد. آن‌ها حتی می‌توانند موج جدیدی از ساخت و ساز در مدار را با ارتشی از روبات‌ها فعال کنند که ماهواره‌ها، ایستگاه‌های فضایی و حتی سفینه‌های فضایی که به مریخ می‌روند.

 این رباتها عمر طولانی‌تری به ماهواره‌ها می‌دهد

در حال حاضر حدود 4852 ماهواره در مدار در حال کار هستند که نقش مهمی در ارتباطات، سنجش از دور و سایر وظایف دارند. قبلا اگر چیزی خراب می‌شد، هیچ راهی برای تعمیر آن وجود نداشت. تقریباً همه با این آگاهی پرتاب شدند. اکثر ماهواره‌ها همچنین برای تنظیم گهگاه مدار خود به سوخت نیاز دارند. پس از از بین رفتن ماهواره‌ها، ممکن است به زباله‌های فضایی زیادی تبدیل شوند و به جریان قابل توجهی از زباله‌هایی بیفزایند که قبلاً کره زمین را احاطه کرده‌اند.

برایان ویدن، رئیس یک گروه صنعتی به نام کنسرسیوم CONFERS می‌گوید: «تصور کنید فردا می‌خواهید یک ماشین بخرید» و باید در نظر داشته باشید که هرگز نخواهید توانست گاز بیشتری به آن بزنید. شما هرگز نمی توانید روغن آن را عوض کنید. شما هرگز نمی‌توانید چیزی را حفظ یا تعمیر کنید و باید تا 10 سال آینده از آن استفاده کنید. حالا به نظر شما این ماشین چقدر گران و پیچیده خواهد بود؟ این دقیقاً همان کاری است که ما با ماهواره‌ها انجام داده‌ایم.

هزاران ماهواره فعال (با رنگ قرمز نشان داده شده‌اند) در این لحظه در حال چرخش در سراسر جهان هستند. بسیاری از آنها اگر نتوان آنها را تعمیر و سوخت رسانی‌کرد، می‌توانند به زباله‌های فضایی تبدیل شوند.

 برای اینکه ماهواره‌ها تا زمانی که ممکن است کار کنند، مهندسان سیستم‌های اضافی می‌سازند و تا جایی که می‌توانند سوخت بسته‌بندی می‌کنند. تمام این مهندسی بیش از حد به هزینه‌های ساخت و پرتاب ماهواره‌ها می‌افزاید – یک ماهواره ارتباطی مدرن می‌تواند حدود 500 میلیون دلار هزینه داشته باشد.

تقریباً تمام ساخت ‌وسازها و تعمیراتی که تاکنون در فضا اتفاق افتاده است حداقل تا حدی به فضانوردان متکی بوده است، از جمله تعمیرات تلسکوپ فضایی هابل و ساخت ایستگاه فضایی بین‌المللی. اما فرستادن انسان به فضا بسیار پرهزینه است، بنابراین تلاش برای توسعه ربات‌هایی برای انجام این کار در سال‌های اخیر افزایش یافته است.

کارل گلن هنشاو، رئیس بخش روباتیک و یادگیری ماشین در آزمایشگاه تحقیقاتی نیروی دریایی ایالات متحده، می‌گوید: «کاری که ما واقعاً دوست داریم انجام دهیم این است که راهی برای داشتن یک مکانیک روباتیک در فضا داشته باشیم که بتواند ماهواره‌ها را در صورت خرابی آنها تعمیر کند.

ربات‌ها برای نجات

در چند دهه اخیر، محققین به سمت این هدف سوق یافته‌اند. در یک پروژه نمایشی ناسا در سال 2007، یک جفت سفینه مخصوص ساخته شده در مدار زمین قرار گرفت و سوخت را انتقال داد. اخیراً، در سال 2020، شرکت هوافضا Northrop Grumman  با موفقیت دو “وسیله نقلیه گسترش ماموریت” مجهز به موتور و سوخت خود را پرتاب کرد که خود را به دو ماهواره تجاری متصل کرده و آنها را به مدارهای جدید رساند.

دو ماموریت جدید که انتظار می‌رود در این دهه پرتاب شوند، خدمات‌رسانی را یک گام فراتر خواهند برد. پروژه‌های نمایشی از ربات‌های نیمه اتوماتیک مجهز به بازوهای مکانیکی برای افزودن سوخت به ماهواره‌های در حال گردش و حتی تعمیرات ساده استفاده خواهند کرد.

هنشاو به نوبه خود در حال کار بر روی سرویس رباتیک ماهواره‌های ژئوسنکرون، (ماهواره زمین‌آهنگ ماهواره‌ای است که در مدار زمین‌آهنگ قرار دارد و دوره مداری آن با دوره گردش زمین یکسان است. این‌گونه ماهواره‌ها پس از هر زمان نجومی به موقعیت خود در آسمان باز می‌گردد. مزیت ماهواره‌های زمین‌آهنگ این است که نسبت به یک نقطه خاص بر روی زمین و نیز نسبت به ایستگاه‌های زمینی همیشه در یک محدوده از آسمان باقی می‌مانند. ویژگی مشخص ماهواره‌های زمین‌آهنگ این است که همیشه در یک نقطه خاص در آسمان باقی می‌مانند، بدین معنی که گیرنده‌های زمینی این ماهواره‌ها نیاز به جابه‌جایی نداشته و می‌توانند در یک جهت ثابت باشند. ماهواره‌های زمین‌آهنگ اغلب برای اهداف مخابراتی به‌کار می‌روند) یک ماموریت با بودجه آژانس پروژه های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی ایالات متحده (DARPA) است. اگر طبق لیست برنامه‌ریزی شده برای سال 2024 موفق شود، اولین باری است که یک سفینه رباتیک موفق به گرفتن ماهواره‌ای می شود که به طور خاص برای اتصال به آن طراحی نشده بود. هنشاو و همکارانش اخیراً در بررسی سالانه کنترل، رباتیک و سیستم‌های خودمختار، برخی از چالش‌های پیش روی سرویس ماهواره‌ها با روبات‌های فضایی را بررسی کرده‌اند.

تلسکوپ فضایی جیمز وب پس از پرتاب در دسامبر 2021 مجبور شد یک سری مراحل پیچیده را برای استقرار 18 بخش آینه‌ای خود تکمیل کند (تصویر نشان داده شده است). در آینده، ربات‌های فضایی می‌توانند به جمع‌آوری ساختارهای پیچیده‌تر با هزینه کمتر و ریسک کمتر کمک کنند

از این قبیل چالش‌ها زیاد است. از آنجایی که ماهواره‌های موجود هرگز قرار نبود سرویس‌دهی شوند، فاقد علامت‌هایی هستند که جهت دهی بصری خود را برای تشخیص ماهواره متحرک برای ربات آسان‌تر می‌کند. (نشانگر اعتباری یا فیدوشیال شیئی است که در میدان دید یک سیستم تصویربرداری قرار می‌گیرد که در تصویر تولید شده برای استفاده به عنوان نقطه مرجع یا اندازه‌گیری ظاهر می‌شود. ممکن است چیزی در یا روی سوژه تصویربرداری، یا علامت یا مجموعه‌ای از علائم در شبکه یک ابزار نوری قرار داده شود)  هیچ وسیله‌ای برای ربات طراحی نشده است که بتواند به آن بچسبد و بخش‌هایی از ماهواره که بیرون می‌آیند، مانند آنتن‌ها و پنل‌های خورشیدی، بیش از حد شکننده هستند که نمی‌توان آن‌ها را گرفت.

مشکل دیگر فاصله زمانی بین ربات و زمین است. برای رباتی که در مدار ژئوسنکرون کار می‌کند، حدود 35000 کیلومتر به بالا، فاصله و پردازش سیگنال یک تاخیر ارتباطی چند ثانیه‌ای بین ربات و کنترل‌کننده‌های آن روی زمین ایجاد می‌کند. بنابراین ربات باید به تنهایی از پس مهمترین وظایف برآید.

نکته مثبت این است که این کار می‌تواند بر روی بازوهای روباتیک موجود در فضا ساخته شود، از جمله دو بازو که در حال حاضر در ایستگاه فضایی بین‌المللی استفاده می‌شوند.

برای یک ماموریت نمایشی یا مانور، هنشاو و مهندسان همکارش قصد دارند یکی از هزاران ماهواره قدیمی و غیرفعال “پارک شده” (از کار افتاده) در مدارهای خارج از مسیر را انتخاب کنند. یک ربات مدارها را با ماهواره مطابقت می‌دهد و با استفاده از دوربین‌ها و فاصله‌یاب لیزری تا فاصله دو متری مانور می‌دهد (به ماهواره نزدیک می شود).

به گفته هنشاو، بازوی روباتیک دیگر می‌تواند سلول‌های خورشیدی یا آنتن‌هایی را که به درستی باز نشده‌اند به حرکت درآورد و باز کند و می‌تواند ابزارهای جدیدی مانند فرستنده‌های قوی‌تر، دوربین‌ها یا آنتن‌ها را به بیرون ماهواره‌ها متصل کند.

مدتی پس از سال 2025، ناسا قصد دارد رباتی را به فضا پرتاب کند. ربات The On orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing 1 (OSAM 1) (یک فضاپیمای روباتیک مجهز به ابزارها، فناوری‌ها و تکنیکهای مورد نیاز برای افزایش طول عمر ماهواره‌ها  می‌باشد، حتی اگر آنها برای سرویس‌دهی در مدار طراحی نشده باشند.)این ربات  ابتدا یک عملیات سوخت‌گیری پیچیده برای یک ماهواره موجود را مدیریت می‌کند. سپس نشان می‌دهد که می‌تواند ساختارهای کاملاً جدیدی در فضا بسازد.

لندست 7 اولین لیست کارهای OSAM-1 خواهد بود. این ماهواره که در سال 1999 توسط سازمان زمین‌شناسی ایالات متحده به مدار نزدیک زمین، در ارتفاع حدود 700 کیلومتری پرتاب شد، توسط ماهواره‌های پیشرفته‌تری انجام شد. اما به دانشمندان فرصتی برای آزمایش سوخت‌گیری رباتیک ارائه می‌دهد.

برنت رابرتسون، مدیر پروژه OSAM-1 ناسا، می‌گوید: «بیست و چند سال پیش، تکنسین‌ها برای آماده شدن برای پرتاب ماهواره، سوخت آن را تامین کردند و هرگز فکر نمی‌کردند که کسی دوباره آن رابط (سوخت‌گیری) را لمس کند. (آن را مجددا سوخت‌گیری کند).

رابرتسون می‌گوید OSAM-1 از بازوی روباتیک خود برای بریدن یک لایه عایق، قطع دو سیم و باز کردن پیچ قبل از اتصال شلنگ و پمپاژ 115 کیلوگرم سوخت هیدرازین استفاده می‌کند.

اگرچه تعمیر و سرویس ماهواره‌های موجود فوری‌ترین هدف است، مونتاژ و ساخت در مدار به طور بالقوه در دراز مدت اهمیت بیشتری دارد.

به عنوان مثال، OSAM-1 یک ماموریت اضافی دارد که یک ربات جداگانه به نام ربات زیرساختی فضایی (SPIDER) را حمل می‌کند که برای نشان دادن این امر طراحی شده است که می‌تواند اشیا را در فضا جمع کند. اولین وظیفه SPIDER  این خواهد بود که یک آنتن هفت تکه و سه متری را که در مدار قرار داده شده است را  کنار هم قرار دهد.

با استفاده از فرآیندی مشابه پرینت سه بعدی(عمل یا فرآیند ساخت یک شیء فیزیکی از یک مدل دیجیتال سه بعدی، معمولاً با قرار دادن چندین لایه نازک از یک ماده متوالی)، OSAM-1 همچنین قصد دارد نشان دهد که می‌تواند اجزای ساختاری را از ابتدا بسازد و تیرهای قوی و در عین حال سبک وزن را از قرقره‌های فیبر کربن و سایر منسوجات ایجاد کند. سازه‌هایی مانند اینها می‌توانند برای تشکیل اجزای ساختاری یک ماهواره یا سایر سازه های در حال گردش به هم متصل شوند.

اگر مأموریت‌هایی که اکنون در حال برنامه‌ریزی هستند موفق شوند، رباتیک می‌تواند عصر جدیدی از ساخت و ساز فضایی را بگشاید که امروزه مقرون به صرفه نیست – انبارهای سوخت، عملیات استخراج فضایی، ایستگاه‌های فضایی جادارتر برای گردشگری فضایی و حتی سفینه‌های فضایی مریخ که در مدار ساخته شده‌اند.

ما می‌خواهیم نشان دهیم که می‌توانیم این چیزها را بسازیم. رابرتسون می‌گوید: هیچ کس قبلاً این کار را نکرده است. اگر توانایی جمع‌آوری اشیا در فضا را دارید، شما می‌توانید مواد ارسال شده به خودتان را در فضا به جایی برسانید و شما می‌توانید چیزهای بسیار بزرگتری بسازید.

مترجم: مرتضی نادری‌فرد

منبع:

Orbiting robots could help fix and fuel satellites in space

By Kurt Kleiner, Knowable Magazine  |  Published: Friday, March 4, 2022

 https://astronomy.com/news/2022/03/orbiting-robots-could-help-fix-and-fuel-satellites-in-space