Extrakce balvanů a mechanismy robotického ramene pro misi NASA přesměrování asteroidů Zahájí přísné testování v NASA Goddard
NASA GODDARD SPACE FLIGHT CENTER, MD – Začalo přísné testování pokročilého robotického ramene a mechanismu extrakce balvanů, které jsou klíčovými součástmi bezpilotní sondy v srdci robotické mise NASA Asteroid Redirect Robotic Mission (ARRM), která se nyní vyvíjí za účelem utrhnout mnohatunovou sondu. balvan z a blízkozemní asteroid aby astronauti na návštěvě později v an Posádka Orionu kapsle může získat zpět velké množství vzorků pro vysoce výkonnou vědeckou analýzu na Zemi . Universe Today během podrobné návštěvy a exkluzivního rozhovoru s vývojovým týmem v NASA Goddard zkontroloval hardware robotického ramene využívajícího „využitou robotickou technologii“.
„Týmy dělají velký pokrok na mechanismu zachycení, který byl dodán robotickému týmu na Goddarda z Langley,“ řekl přidružený administrátor NASA Robert Lightfoot pro Universe Today.
„NASA vyvíjí tyto společné technologie pro řadu misí, jako je satelitní servis a doplňování paliva na nízké oběžné dráze Země stejně jako autonomní zachycení an asteroid asi 100 milionů mil daleko,“ řekl Ben Reed, zástupce projektového manažera NASA Satellite Servicing Capabilities Office (SSCO), během exkluzivního rozhovoru a hardwarové prohlídky s Universe Today v NASA Goddard v Greenbelt, Maryland, ohledně konceptů a cílů pro celkové přesměrování asteroidů. Iniciativa mise (ARM).
NASA využívá technologii původně vyvinutou pro satelitní servis, jako je v současnosti Robotic Refueling Mission (RRM). na palubě Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) a jejich opětovné použití pro asteroid záchranná mise.
'Toto jsou naše dva blízké cíle mise, pro které tyto technologie vyvíjíme,' vysvětlil Reed.
ARRM kombinuje jak robotické, tak i lidské mise rozvíjet nové technologie potřebné pro NASA agency wide ‘Cesta do březen “ cíl odeslání lidské poslání na marťan Systém ve 30. letech 20. století.
Robotická mise Asteroid Redirect Robotic Mission (ARRM) bez posádky k zachycení balvanu je nezbytným prvním krokem k provedení následného získávání vzorků s posádkou. Orion Asteroid Redirect Mission (ARM) do poloviny roku 2020.
ARRM použije dvojici vysoce schopných robotických paží k autonomnímu uchopení mnohatunového (> 20 tun) balvanu z povrchu velkého blízkozemního asteroidu a jeho přepravě do stáje, astronaut dostupná orbita kolem měsíc v cislunárním prostoru.
'Věci se hýbou dobře.' Týmy udělaly opravdu obrovský pokrok v oblasti robotické paže a mechanismu zachycení,“ řekl pro Universe Today Bill Gerstenmaier, zástupce administrátora NASA pro průzkum a operace lidí.
Poté k ní může přiletět kapsle posádky Orionu a astronauti shromáždí velké množství vzorků hornin a shromáždí další vědecká měření.
„Pracujeme na systému pro setkání, zachycení a obsluhu různých [cílových] klientů pomocí stejných technologií. To je to, na čem v kostce pracujeme,“ řekl Reed.
Tato konstrukční jednotka robotického obslužného ramene je ve vývoji, aby autonomně extrahovala balvan z asteroidu pro misi NASA k získávání asteroidů a je testována v NASA Goddard. Má sedm stupňů volnosti a napodobuje lidskou paži. Zdroj: Ken Kremer/kenkremer.com
'Právě teď je plán spustit ARRM přibližně v prosinci 2020,' řekl mi Reed. Ale aby se plán NASA stal skutečností, je zapotřebí obrovské množství přípravných prací v USA.
Klíčové technologie umožňující poslání jsou právě nyní testovány s novým plnohodnotným technickým modelem ‚Robotic Servicing Arm‘ a plnohodnotnou maketou modulu ARRM Capture Module pro zachycení balvanů v NASA Goddard, v novém zařízení známém jako „The Cauldron“.
Zachycovací modul obsahující dvě robotická obslužná ramena a tři kontaktní a zádržné nohy pro uchopení balvanů pro robotickou misi NASA Asteroid Redirect Robotic Mission (ARRM). Kredit: NASA
Zachycovací modul ARRM se skládá ze dvou kratších robotických ramen (oddělených o 180 stupňů) a tří dlouhých snímacích nohou kontaktního a zádržného systému (oddělených o 120 stupňů) připojených ke kolébce s přidruženou avionikou, počítači a elektronikou a zbytkem kosmické lodi a pole solární elektrické energie.„Robotická ruka, kterou tu nyní máme, je jednotka technického vývoje. K montáži lze použít ramena o délce 2,2 metru velké dalekohledy , oprava nefunkčního satelitu, odstranění orbitálních úlomků a zachycení asteroidu,“ řekl Reed.
'Jsou tam dvě malé paže a tři velké zachycovací nohy.'
'Takže využíváme jeden technologický vývojový program do několika cílů NASA.'
„Pracujeme na společných technologiích, které dokážou obsloužit starší satelit na oběžné dráze, který není navržen tak, aby byl servisován, a používáme stejné technologie s určitým vylepšením, díky kterému můžeme vyrazit na vzdálenost 100 milionů mil a zachytit asteroid a přivést ho zpět do blízkosti měsíc.'
'V současné době si systém [zachycovací modul] dokáže poradit s balvanem o průměru až 3 x 4 x 5 metrů.'
Umělecký koncept robotické mise NASA Asteroid Redirect zachycující balvan asteroidu před jeho přesměrováním na oběžnou dráhu kolem Měsíce Země dostupnou pro astronauty. Kredity: NASA
Cauldron je zcela nové Goddardovo zařízení pro testování technologií a operací pro různé průzkumné a vědecké mise, včetně satelitního servisu a ARRM, které bylo právě otevřeno v červnu 2015 pro středisko Satellite Servicing Capabilities Office.
Celkovým vedoucím projektu pro ARRM je Jet Propulsion Laboratory (JPL) s četnými příspěvky od dalších středisek NASA a průmyslových partnerů.
„Toto je pohlcující vývojová laboratoř, kde spojujeme systémy a můžeme provádět celoživotní testování, abychom simulovali to, co je ve vesmíru. Toto je náš robotický ekvivalent k astronautské NBL neboli neutrální vztlakové laboratoři,“ vysvětlil Reed.
„Takže se stejnou robotickou paží, která dokáže přestřihnout dráty a tepelné přikrývky a natankovat palivo pro družici detekující Zemi, můžeme nyní nechat totéž rameno vyrazit na jinou misi a být schopni cestovat ven, zvednout mnohatunový balvan a přinést je zpět pro astronauty, aby z nich odebrali vzorky.“
'Tak to je docela technický výkon!'
Robotické servisní rameno je vícekloubové zařízení navržené tak, aby co nejvíce fungovalo jako „lidská paže“. Staví na rozsáhlém předchozím výzkumném a vývojovém investičním úsilí prováděném pro současné NASA Rudá planeta rovery a robotické rameno s kvalifikací pro let vyvinuté pro agenturu DARPA (Defence Advanced Research Projects Agency).
„Paže je schopná sedmi stupňů volnosti, aby plně funkčně napodobila lidskou paži. Má dědictví z paže na Marsu právě teď na Curiosity stejně jako pozemní programy od DARPA,“ řekl mi Reed.
„Má tři stupně volnosti na našem rameni, dva na lokti a další dva na zápěstí. Takže můžu držet ruku v klidu a hýbat loktem.“
Rameno bude také vybaveno různými vyměnitelnými „rukami“, které jsou v podstatě nástroji k provádění různých úkolů s asteroidem, jako je uchopování, vrtání, sběr vzorků, zobrazování a spektrometrické analýzy atd.
Pohled na robotickou paži nahoře a dole uchopovací nástroj, který zpočátku uchopí balvan asteroidu, než se zachycovací nohy obtočí, jak bylo plánováno pro nadcházející robotickou misi NASA bez posádky ARRM Asteroid Redirect, která se později připojí k vozidlu posádky Orion. Zdroj: Ken Kremer/kenkremer.com
Sonda ARRM bude asteroid pečlivě studovat, charakterizovat a velmi podrobně fotografovat asi měsíc, než se pokusí o zachycení balvanu.
Proč rameno potřebuje všechny tyto lidské schopnosti?
'Když dorazíme k asteroidu, který je 100 milionů mil daleko, nebudeme znát jemnou místní geometrii, dokud nedorazíme,' vysvětlil Reed pro Universe Today.
„Proto potřebujeme dostatečně flexibilní rameno, které se dokáže přizpůsobit místním geometriím v měřítku několika stop. A pak nástroj pro uchopení, který zvládne tyto geometrie v mnohem menším měřítku.“
„Proto jsme zvolili sedm stupňů volnosti, abychom velmi záměrně napodobovali lidi. Potřebujeme také sedm stupňů volnosti k provádění manévrů k vyhýbání se srážce. To nemůžete udělat s paží se šesti stupni volnosti. Musí jich být sedm, aby to byla paže pro všeobecné použití.“
Jak bude záchytný modul ARRM fungovat, aby vytrhl balvan z asteroidu?
'Takže myšlenka je, že přijedete k mateřskému asteroidu, přistanete a navážete kontakt na povrchu.' Pak tuto pozici zastanete a obě paže se natáhnou a chytnou se balvanu.“
'Jakmile chytil balvan, pak se nohy narovnaly a stáhly balvan z povrchu.'
'Pak paže usadí asteroid na kolébku.' A nohy se pak změní z kontaktního systému na zádržný systém. Nohy se tedy obtočily kolem balvanu, aby jej zadržely na 100 milionů mil dlouhé cesty zpět domů.
'Potom se malé ruce mohou pustit - protože nohy se obtočily a drží asteroid.'
„Takže rameno nyní může pustit systém uchopení a vzít si jiný nástroj, aby mohl dělat jiné věci. Mohou například odebrat vzorek pomocí jiného nástroje. A možná asistovat astronautovi, až dorazí posádka.“
'Během 100 milionů mil cesty zpět na oběžnou dráhu Měsíce mohou také připravovat povrch a řezat do něj pro pozdější odběr vzorků astronauty.'
Určitě se podívejte na tuto video animaci:
Vzhledem k tomu, že ke skutečnému setkání s asteroidem dojde velmi daleko, bude muset ukotvení balvanů probíhat zcela autonomně, protože zde nebude žádná možnost komunikace v reálném čase.
„Doba návratu pro komunikaci je asi 30 minut. Ovládání ‚člověk ve smyčce‘ tedy nepřipadá v úvahu.
'Jakmile se dostaneme do pozice visení nad místem přistání, stiskneme tlačítko GO.' Pak to bude velmi podobné jako na Marsu a sedmi minutách teroru. Chvíli to potrvá, než zjistím, jestli to fungovalo.'
Proto tým v Goddardu již strávil roky úsilí a cvičení, aby se připravil na práci s ranou konstrukční verzí ramene, aby se maximalizovala pravděpodobnost úspěšného zachycení.
'V tomto zařízení dáváme dohromady systémy, abychom zkoušeli, procvičovali, nacvičovali a simulovali co nejvíce mise, jak je to reálně možné.'
„Dostat se do tohoto bodu za čtyři roky vyžadovalo hodně úsilí, aby se simulace chovala správně v reálném čase s kontaktní dynamikou a robotickými systémy. Takže rameno se musí dotknout balvanu pomocí snímačů silového točivého momentu a poslat to do počítače, aby to změřilo, a pohybovat aktuátory, aby odpovídajícím způsobem reagovaly.“
'Takže zachycení balvanu je autonomní.' Zbytek je teleoperován ze země, ale ne samotné zachycení.“
Jak reálné jsou zkoušky?
„Tady cvičíme tak, že se natahujeme paží, abychom pomocí autonomního zachycení [postupů] uchopili cíl klienta. Ve vesmíru se klient [cíl] vznáší a možná padá. Takže když natáhneme ruku, abychom nacvičili autonomní zachycení, přimějeme klienta k pádu a pohybu – s inerciálními vlastnostmi cíle, na kterém cvičíme.“
'Teď u známých objektů, jako jsou satelity, známe hmotnost přesně.' A všechna ta data o inerciálních vlastnostech můžeme naprogramovat velmi přesně, abychom získali mnohem realističtější simulace.“
'Ze všech našich zkušeností s astronauty na oběžné dráze jsme se naučili, že čím více toho víme o simulacích, tím snazší a lepší jsou výsledky pro astronauty během skutečné mise, protože jste simulovali všechny vlastnosti.'
'Ale s touto robotickou misí k asteroidu neexistuje žádná záloha jako astronauti.' Takže chceme cvičit tady v Goddardu a simulovat vesmírné prostředí.“
ARRM bude spuštěn do konce roku 2020 buď na SLS, Delta IV Heavy nebo Falcon Heavy. NASA zatím nosnou raketu nevybrala.
Několik kandidátských asteroidů již bylo objeveno a NASA má rozsáhlý probíhající program na nalezení dalších.
Posádka Orionu se připojí k vozidlu NASA pro přesměrování asteroidů, které uchopuje zachycený balvan asteroidu obíhající kolem Měsíce. Kredit: NASA
Tato robotická technologie byla opět vybrána pro vývoj pro ARRM, protože má mnoho společného s jinými cíli, jako je upevnění komunikačních satelitů, doplňování paliva do satelitů a budování velkých dalekohledů v budoucnosti.
NASA také vyvíjí další klíčové technologie umožňující celý projekt ARM, jako je solární elektrický pohon, který bude předmětem dalšího článku.
NASA proto využívá jeden technologický vývojový program pro několik cílů vesmírných letů, které výrazně pomohou jejím plánům vyslat ‚Lidi na Mars‘ ve 30. letech 20. století s modulem posádky Orion vypuštěným monstrózní raketou Space Launch System (SLS).
První bezpilotní spuštění stacku Orion/SLS je naplánováno na listopad 2018.
Zůstaňte naladěni zde Ken's pokračující zprávy o vědě o Zemi a planetách ao lidských vesmírných letech.
V Goddardově robotické laboratoři NASA Ben Reed/NASA Satellite Servicing Capabilities Office (SSCO) zástupce projektového manažera a Ken Kremer/Universe Today diskutují o robotickém servisním rameni a mechanismu zachycování balvanů asteroidů, které se testují pro nadcházející bezpilotní robotickou misi NASA ARRM Asteroid Redirect, která bude připojena k posádkové vozidlo Orion na oběžné dráze Měsíce do poloviny roku 2020 pro sběr vzorků. Zdroj: Ken Kremer/kenkremer.com