Die NASA baut eine Mission, die Satelliten im Orbit betanken und reparieren wird

Illustration von OSAM-1 (unten) im Kampf mit Landsat 7. Bildnachweis: NASA

Die NASA plant eine Mission, um die Fähigkeit zur Reparatur und Aufrüstung von Satelliten in der Erdumlaufbahn zu demonstrieren. Die Mission mit dem Namen OSAM-1 (Service in Orbit, Assembly and Fabrication-1) wird ein Roboterraumschiff mit Roboterarmen und allen Werkzeugen und Ausrüstungen schicken, die zum Reparieren, Auftanken oder Verlängern der Lebensdauer der Satelliten erforderlich sind, auch wenn diese Satelliten sind nicht dafür ausgelegt, im Orbit gewartet zu werden.

Der erste Testflug von OSAM-1 ist für spätestens 2026 geplant und wird in eine erdnahe Umlaufbahn gehen, um sich mit dem Satelliten Landsat 7, einem Erdbeobachtungssatelliten, der seit 1999 im Orbit ist, zu treffen, zu treffen und anzudocken. Die Mission wird durchgeführt der erste Demonstrations-Betankungstest seiner Art. Bewegen Sie dann den Satelliten in eine neue Umlaufbahn. Während einige Teile der Mission autonom sind, werden menschliche Kommunikationsoperatoren einen Großteil der Aktionen und Manöver vom Boden aus durchführen.

Die NASA sagt, dass das Reparieren von Satelliten – anstatt defekte Raumfahrzeuge in der Erdumlaufbahn abdriften zu lassen – dazu beiträgt, Weltraumschrott zu reduzieren, um eine nachhaltigere Zukunft für die Weltraumforschung zu schaffen. Darüber hinaus wird der Testflug die Robotermontage und -herstellung im Orbit bewerten, die viele als die für die Zukunft erforderliche Technologie ansehen, wie z Mond oder Mars.

Die ursprüngliche Idee für ein Raumfahrzeug zur Wartung von Satelliten war die Idee des berühmten NASA-Ingenieurs Frank Cipollina, der auf eine langjährige Erfahrung in der Reparatur von Raumfahrzeugen im Orbit zurückblicken kann. Er leitete die Teams, die für die Planung und Gestaltung der fünf Servicemissionen für das Hubble-Weltraumteleskop verantwortlich waren. Er half bei der Entwicklung der spezialisierten Werkzeuge und Verfahren, die Astronauten verwenden würden, um Hubble erfolgreich zu reparieren und zu modernisieren, das ehrwürdige Teleskop jahrelang länger als erwartet in Betrieb zu halten und es zu ermöglichen, bei jeder nachfolgenden Mission bessere Werkzeuge und Technologien zu installieren. Er leitete auch Teams, die in den frühen Tagen der Space-Shuttle-Ära Techniken zur Reparatur anderer Satelliten entwickelten.

„Für mich ist es erstaunlich, dass wir Satelliten so weit in die Umlaufbahn werfen werden“, sagte Cepollina mir 2016, als ich das Robotic Operations Center im damaligen Office of Satellite Service Capabilities im Goddard Space Flight Center der NASA besichtigte. “Es sieht so aus, als müssten wir aus wirtschaftlichen Gründen und wegen der wissenschaftlichen Vorteile, die wir daraus ziehen können, einen Weg finden, diese Satelliten zu reparieren. Ich wollte einen Weg finden, die Satelliten zu reparieren und aufzurüsten.”

Cipolina, jetzt 85, hat sich kürzlich von der NASA zurückgezogen, hat aber mehrere Generationen von Ingenieuren betreut und ausgebildet und seinen Traum, Satelliten zu reparieren, nie aufgegeben. Nach mehreren Vorschlägen für Service-Missionen wurde das Konzept offiziell als Mission anerkannt und erhielt den Status eines “line item” im Budget der NASA. Aber es gibt noch viel zu tun, um den Start bis 2026 vorzubereiten.

„Wenn Sie etwas zum ersten Mal tun, gibt es viele neue Technologien und Verfahren, und Sie stoßen natürlich auf Hindernisse und Rückschläge, und wir sind nicht anders“, sagte OSAM-1-Nutzlastmanager Ross Henry in einem Interview. mit dem Universum heute. „Wir haben es mit mehreren neuen Systemen zu tun, wie einem Lidar-System (Lichterkennung und Entfernungsmessung), einem einzigartigen Kraftstofftransfersystem und zwei Roboterarmen. [one is a redundant backup] Sie kann elf einzigartige Werkzeuge und Adapter verwenden, von denen jedes einen bestimmten Zweck als Teil der Mission hat.“

Die NASA baut eine Mission, die Satelliten im Orbit betanken und reparieren wird

OSAM-1-Raumfahrzeugbus, gebaut von Maxar Technologies. Bildnachweis: Maxar Technologies

Das Hauptziel des ersten Testflugs von OSAM-1 wird das Auftanken von Landsat 7 sein, etwa 705 Kilometer (440 Meilen) über der Erde. Aber weil Landsat 7 – wie viele Satelliten – nie gewartet oder gar wieder gesehen werden sollte, kann das OSAM-1-Raumschiff nicht neben einem anderen Satelliten stehen und den Treibstoffschlauch anschließen.

Zuerst müsste OSAM-1 nahe genug herankommen, damit einer der Roboterarme Landsat 7 handhaben kann, und dann Andockmanöver mit dem ursprünglichen Andockclip oder Marman-Ring am Satelliten durchführen.

„Danach müssen wir noch viel arbeiten, um zur Tankstelle zu gelangen“, erklärte Henry. “Fernbediener von OSAM-1 müssen die mehrschichtige isolierende Thermodecke aufschneiden und aus dem Weg räumen, um die Füll-/Ablassventile freizulegen. Aber als sie vor dem Start geschlossen wurden, waren diese Ventile mit Sicherungsdrähten bedeckt Wir müssten eine Spezialschere verwenden und sie abschneiden. Außerdem gibt es überschüssige Sicherheitsabdeckungen, die wir entfernen werden.“

OSAM-1 wird 122 kg (270 lb) Treibstoff transportieren, und es ist geplant, 115 kg (250 lb) davon mit dem Roboterarm und dem einziehbaren Schlauchsystem zu Landsat 7 zu transportieren.

All dies geschieht natürlich, während sich die beiden Raumfahrzeuge mit etwa 26.500 km/h (16.500 mph) bewegen. OSAM-1 verfügt über sechs Kameras für Rendezvous- und Annäherungsoperationen, die während der Annäherung an Landsat 7 verwendet werden können. Weitere 21 Kameras sind Teil eines spezialisierten Vision-Sensing-Systems, mit dem entfernte Zuschauer Operationen aus jedem Blickwinkel sehen können, und Taschenlampen sorgen für eine gleichmäßige Beleuchtung der Aktion während tropischer Nächte, was ungefähr alle 50 Minuten passiert. Die Umlaufzeit von Landsat 7 beträgt 99 Minuten.

Das Robotic Operations Center von Goddard umfasst einen spezialisierten Prüfstand mit schwarzen Wänden, die mit Vorhängen verkleidet sind, sodass bei ausgeschaltetem Licht die Dunkelheit des Weltraums simuliert wird. Dies ermöglicht ein vollständig immersives Training mit vollständigen Landsat 7- und OSAM-1-Mockups.

Zuvor war diese Mission als Restore-L bekannt und konzentrierte sich nur auf das Auftanken und Reparieren. Aber im Februar 2019 wurde der Mission ein neues Element hinzugefügt, der Space Infrastructure Dexterous Robot (SPIDER).

Die NASA baut eine Mission, die Satelliten im Orbit betanken und reparieren wird

Bodendemonstrationen im Robotic Operations Center des Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland. Kredit: NASA

„Das fügt den ‚Montage- und Herstellungs‘-Teil von OSAM-1 hinzu“, sagte Henry, „sobald wir Landsat 7 fertig haben, werden wir es starten und dann mit dem Montage- und Herstellungsteil fortfahren.“

Der Spyder enthält einen 5 Meter (16 Fuß) langen Roboterarm, wodurch sich die Gesamtzahl der Roboterarme, die auf dem OSAM-1 fliegen, auf drei erhöht. Spyder wird eine funktionsfähige 3-Meter-Kommunikationsantenne zusammenbauen, die aus Teilen besteht, die in den Weltraum gebracht wurden, und eine Ka-Band-Übertragung mit einer Bodenstation demonstrieren.

Spyder wird auch einen 32 Fuß (10 Meter) leichten Verbundträger herstellen, um die Fähigkeit zum Bau großer Raumfahrzeugstrukturen im Orbit zu überprüfen.

Die Entwicklung aller Systeme, Werkzeuge und Technologien erfordert Beiträge aus vielen Bereichen der Technologie.

„Wir haben viele wirklich professionelle Ingenieure, die mit uns zusammenarbeiten, die diese Dinge kennen und sie Tag für Tag anwenden“, sagte Henry. „Einige unserer einzigartigen Ingenieure sind Robotermenschen, die wissen, wie die Arme gebaut sind, und die Nuancen von Gelenken und Mechanismen verstehen – wie Sie den Arm einführen können und was nicht, oder wenn das Ellbogengelenk versagt, sie wissen, wie Sie kann den Endeffektor mit den sechs Aktuatoren immer noch bewegen Der andere: Wir haben eine wirklich großartige Belegschaft, die sich seit einigen Jahren intensiv mit dem technischen Teil dieser Arbeit beschäftigt, sie sind alle führend auf ihrem Gebiet, und ich glaube nicht ist ein anderes Team wie sie im Land oder vielleicht sogar in der Welt.”

Henry sagte, dass die Suche nach einem geeigneten Kandidatensatelliten als Versuchsobjekt für diese experimentelle Mission mehrere Jahre der Verhandlungen erforderte, da die Anforderungen spezifisch waren und es sich um einen staatlichen Satelliten handeln musste.

„Wir brauchten eine Regierungsbehörde, die wollte, dass ihr Satellit der erste ist, der diese Technologie demonstriert“, sagte Henry. “Landsat 7 ist aus mehreren Gründen genau das Richtige. Es befindet sich in einer zugänglichen Umlaufbahn und ist am Ende seiner Missionsperiode in Bezug auf die Generierung von Wissenschaft. Landsat 9 wurde bereits gestartet und wird in Betrieb genommen, also ist es so.” Nachfolger läuft bereits.”

Die NASA baut eine Mission, die Satelliten im Orbit betanken und reparieren wird

Die NASA Service Arm Engineering Design Unit, die für die OSAM-1-Mission verwendet wird, befindet sich im Robotics Operations Center im Goddard Space Flight Center der NASA. Bildnachweis: NASA/Kris Jenn

Die nominelle wissenschaftliche Mission von Landsat 7 endete am 6. April 2022 und sein zentrales wissenschaftliches Instrument, das Instrument Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+), wurde in den Standby-Modus versetzt. Es wurden jedoch grundlegende Daten zur Bewirtschaftung und Bewertung der Landbedeckung, Studien zum globalen Wandel und zur Kartierung bereitgestellt.

Die primär finanzierte Mission von OSAM 1 ist „One and Completed“, bei der, sobald der Wartungs-, Betankungs- und dann Montage- und Herstellungsteil der Mission abgeschlossen ist, sie aus dem Orbit ausgestoßen und in der Erdatmosphäre verglüht.

„Vor diesem Hintergrund verstehen wir, dass wir ein Fahrzeug mit hoher Kapazität und verfügbarem Treibstoff fliegen, daher gibt es viele Leute, die gerne sehen würden, wie wir eine Folgemission durchführen, während wir im Orbit sind“, sagte Henry Bis jetzt wurde noch nichts angekündigt oder finanziert.”

Henry sagte, er sei stolz und aufgeregt, die Bemühungen zu leiten, Frank Cipollinas Traum zu verwirklichen, einen „Abschleppwagen“ zu haben, um Satelliten im Orbit zu warten. Cepollina hat noch einen weiteren Traum, nämlich dass Flotten dieser Abschleppwagen-ähnlichen Satelliten Strukturen im Weltraum bauen können, nicht nur Lebensräume, sondern große Weltraumteleskope mit der Fähigkeit, zum Beispiel entfernte Exoplaneten direkt abzubilden.

„Was wir im Abschnitt Montage und Herstellung zeigen, legt den Grundstein für zukünftige Fortschritte bei der Suche nach außerirdischem Leben und hoffentlich der Kolonisierung des Sonnensystems“, sagte Henry. „Ich denke, Sie werden das in Jahrzehnten zurückverfolgen können, bis OSAM-1 die erste US-Mission war, die diese Fähigkeiten im Orbit demonstrierte.“


Die robotische Mission OSAM-1 der NASA schließt die kritische Designüberprüfung ab


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das Zitat: NASA baut Mission, die Satelliten im Orbit betanken und reparieren wird (2022, 24. Mai) Abgerufen am 25. Mai 2022 von https://phys.org/news/2022-05-nasa-mission-refuel-satellites-orbit.html

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