Landsat-7 zit in de problemen. Ongeveer 438 mijl boven, ritst het minivan-formaat ambacht om de aarde om de 16 dagen. En al meer dan 18 jaar maakt de satelliet foto's van onze steeds veranderende planeet. Maar Landsat-7 raakt zonder brandstof.
gerelateerde inhoud
- Volgende stop: benzinestations in de ruimte
Als het een aardgebonden vaartuig was, zou dit geen probleem zijn. We tanken alles - vliegtuigen, treinen en auto's. Maar in de ruimte is het een ander verhaal. Satellieten zwoegen honderden of zelfs duizenden mijlen van de aarde weg en racen langs met duizenden mijlen per uur. Deze snelheid en afstand maakt grondoperators grotendeels hulpeloos als er iets misgaat. Dat geldt ook voor tanken: zodra satellieten zonder gas komen te zitten, worden ze voor dood opgegeven. De enige uitzonderingen zijn Hubble en het internationale ruimtestation, beide in een baan die laag genoeg is om via een shuttle te worden bereikt en het waard is mensen te sturen voor onderhoud.
Maar met het gemiddelde prijskaartje van satellieten boven een miljard dollar, is het weggooien van de ambachten wanneer ze leeg raken duur. Het draagt ook bij aan het steeds groter wordende ruimteafvalprobleem: deze ooit bruikbare door de mens gemaakte objecten worden potentieel dodelijke gevaren in de ruimte. "We doen het niet omdat we dingen graag weggooien, we doen het omdat er geen andere optie is", zegt Benjamin Reed, adjunct-projectmanager voor de Satellite Servicing Projects Division van NASA, een groep die vastbesloten is de manier waarop onderzoekers kijken te veranderen. satellieten.
Gehuisvest in een magazijn in het Goddard Space Center in Greenbelt Maryland, werkt de Satellite Servicing Projects Division aan revolutionaire nieuwe technologieën die het mogelijk maken om satellieten te repareren, bij te tanken en te upgraden terwijl ze in een baan om de aarde zijn. Tot nu toe zijn rekenkracht en robotica-technologie niet geavanceerd genoeg om deze lastige onderneming mogelijk te maken.
De muren van het spelonkige 'epicentrum' van SSPD, zoals Reed het noemt, zijn in zwarte doek gehuld om de duisternis van de ruimte na te bootsen tijdens simulatieruns. Robotarmen, elk vijf of meer voet lang, zijn onder verschillende hoeken bevestigd op elk werkstation in de kamer. Een levensgrote replica van Landsat-7 zit bij de deur en twee armen wijzen in tegengestelde richting, bevroren middengebaar voor het vaartuig.
Deze armen maken deel uit van de ontwikkelingsfase voor een project genaamd Restore-L - een vaartuig dat bedoeld is om in de zomer van 2020 de ruimte in te gaan, ontworpen om satellieten te tanken die op leeg lopen. Het eerste doelwit: Landsat-7.
Tanken in de ruimte is echter veel gecompliceerder dan u misschien denkt. Ten eerste moet het vaartuig de satelliet inhalen en precies zijn snelheid aanpassen. “Een mijl per uur langzamer en [Restore-L] zal het nooit vangen; een mijl per uur sneller, slechte dingen [gebeuren], ”zegt Reed, zijn vuisten tegen elkaar slaan om de vernietiging aan te tonen die zou volgen.
Zo'n poging vanaf de grond aansturen zou bijna onmogelijk zijn. Elke kleine communicatievertraging van op de grond gevestigde exploitanten kan leiden tot een ramp. Restore-L heeft dus een eigen brein nodig om zijn traject te volgen en te berekenen om zich aan de satelliet te hechten.
Ga Raven in. Dit apparaat is iets kleiner dan een melkkrat en heeft drie optische instrumenten: zichtbaar licht, infrarood en wat bekend staat als LIDAR, dat lasers uitzendt en het verstrooide licht verzamelt. Het toestel reed afgelopen februari naar het Internationale Ruimtestation en is sindsdien bevestigd aan de buitenkant van het station en volgt de beweging van binnenkomende en uitgaande ruimtevaartuigen. Met de drie sensoren kan deze objecten onder alle lichtomstandigheden worden bewaakt, legt Ross Henry uit, de hoofdonderzoeker van het Raven-project.
Raven helpt het team in wezen met het ontwikkelen van een 'stuurautomaatsysteem', zegt Henry. Het kan binnenkomende ruimtevaartuigen op bijna 27 km afstand herkennen - ze verschijnen als een enkele pixel in een afbeelding. Raven gebruikt vervolgens zijn sensoren om de beweging van het vaartuig te volgen. Gebaseerd op een intern algoritme, kan Raven coördinaten uitspugen die de positie van het binnenkomende lichaam in de ruimte en zijn oriëntatie beschrijven. Uiteindelijk zullen sensoren vergelijkbaar met die van Raven worden opgenomen in Restore-L.
Tijdens zijn missie brengen deze sensoren Restore-L dicht bij de satelliet in nood. In het geval van de Landsat-7-reparatie zouden de robotarmen van Restore-L dan in het spel komen en aan een metalen ring aan de onderkant van de satelliet klikken, die oorspronkelijk werd gebruikt om Landsat-7 aan de bovenkant van zijn lanceerraket te bevestigen.
Net als je arm hebben de robotarmen drie hoofdpunten van beweging - een schouder, elleboog en pols, legt Reed uit. Een camera om zijn pols helpt hem zijn positie ten opzichte van de satelliet te volgen en te reageren op kleine veranderingen terwijl het paar samen door duizenden kilometers per uur door de ruimte snelt.
"Dat is wat we hier oefenen", zegt Reed, gebarend naar een andere replica van de onderkant van een satelliet in de verre hoek van het magazijn. De onderste ring van de satelliet zit bloot en een andere robotarm staat onbeweeglijk voor het apparaat. Om de manoeuvre uit te oefenen, laat een tweede robot de satelliet onderaan bobben en weven terwijl de robotarm deze vasthoudt en zijn beweging blijft volgen.
"Nu - en ik maak geen grapje als ik dit zeg - komt het makkelijke gedeelte, " zegt Reed. "En dat is het daadwerkelijke tanken."
Voor dit "gemakkelijke" deel van de missie gebruikt Restore-L vijf speciaal ontworpen gereedschappen om toegang te krijgen tot de brandstofklep. Het moet isolatie wegsnijden, een vergrendeldraad over de bovenste dop verwijderen en drie verschillende lekvrije doppen losschroeven. Twee meer speciaal ontworpen gereedschappen zullen dan worden gebruikt om de tankarm op het mondstuk te schroeven, brandstof onder 250 pond per vierkante inch druk in te pompen en de poort opnieuw te isoleren. Zodra het tanken voltooid is, scheidt de voorste helft van het mondstuk zich van de terugtrekarm. Achtergelaten is een nieuwe tankhaven die slechts het gebruik van twee tools vereist om de manoeuvre te voltooien, waardoor alle toekomstige tankmissies worden vereenvoudigd.
Het doel van SSPD is om samen met andere satellietontwerpers te helpen alle toekomstige satellieten in staat te stellen bij te tanken door het nieuwe ontwerp van de brandstofpoort op te nemen. om mee te werken, 'zegt Reed. Zulke satelliet-afstellingen zijn de toekomst van de industrie, zegt hij. "Het is duidelijk dat de meeste bedrijven dit erkennen en al geïnteresseerd zijn in coöperatief onderhoud."
Het team overweegt ook om toekomstige tankboten te laden met voldoende brandstof om meerdere satellieten te bedienen, zoals een mobiel tankstation in de ruimte. "Als je daarboven kunt komen en het leven van een van deze miljard dollar-satellieten nog vijf of tien jaar kunt herstellen, heb je je geld onmiddellijk terugverdiend", zegt Henry. "Als je er vijf kunt doen, heb je een game-wisselaar."
In de toekomst hoopt het team dat andere ambachten zoals Restore-L kunnen helpen bij het upgraden of onderhouden van andere satellieten. Ze werken toe naar wat soms de vijf R's wordt genoemd, zegt Reed: inspectie op afstand, verplaatsing, tanken, reparatie en vervanging.
Op een dag zullen wegwerp-satellieten tot het verleden behoren. Junksatellieten waren ooit een noodzaak, zegt Reed, maar nu zijn moderne systemen klaar voor de taak. "De satellietindustrie is niet kapot", zegt hij. "We suggereren nederig aan de satellietwereld dat het beter kan."
Reed en Henry presenteren op een paneel op Future Con, een driedaags wetenschaps-, technologie- en entertainmentfeest in Awesome Con op 16-18 juni 2017 in Washington, DC. Kom meer te weten over robots in de ruimte, maar ook dinosaurussen op Antarctica, nanotechnologie op het werk en het multiversum!
