Landsat-7 è nei guai. Circa 438 miglia sopra, il velivolo delle dimensioni di un minivan zip intorno alla Terra ogni 16 giorni. E per oltre 18 anni, il satellite ha catturato immagini del nostro pianeta in continua evoluzione. Ma Landsat-7 sta esaurendo il carburante.
Contenuto relativo
- Prossima fermata: stazioni di servizio nello spazio
Se fosse un'imbarcazione legata alla Terra, questo non sarebbe un problema. Riforniamo di carburante tutto: aerei, treni e automobili. Ma nello spazio, è una storia diversa. I satelliti si allontanano a centinaia o addirittura migliaia di miglia dalla Terra, accelerando a migliaia di miglia all'ora. Questa velocità e distanza lascia gli operatori a terra in gran parte impotenti se qualcosa va storto. Ciò include il rifornimento di carburante: una volta che i satelliti si esauriscono, vengono abbandonati per la morte. Le uniche eccezioni sono Hubble e la Stazione Spaziale Internazionale, entrambe in orbita abbastanza bassa da poter essere raggiunte tramite navetta e vale la pena mandare persone per la manutenzione.
Ma con il prezzo medio dei satelliti che supera un miliardo di dollari, abbandonare le imbarcazioni una volta colpite vuote è costoso. Contribuisce anche al crescente problema della spazzatura spaziale: questi oggetti artificiali, una volta utili, diventano potenzialmente pericolosi pericoli nello spazio. "Non lo facciamo perché ci piace buttare via le cose, lo facciamo perché non c'è altra opzione", afferma Benjamin Reed, vicedirettore del progetto della divisione progetti di assistenza satellitare della NASA, un gruppo determinato a cambiare il modo in cui i ricercatori vedono satelliti.
Ospitata in un magazzino presso il Goddard Space Center a Greenbelt nel Maryland, la divisione progetti di assistenza satellitare sta lavorando verso nuove tecnologie rivoluzionarie che consentirebbero di riparare, rifornire di carburante e aggiornare i satelliti mentre sono in orbita. Fino ad ora, la potenza di calcolo e la tecnologia robotica non sono state abbastanza sofisticate da rendere possibile questo difficile sforzo.
Le pareti del cavernoso "epicentro" di SSPD, come lo chiama Reed, sono drappeggiate in un panno nero per imitare l'oscurità dello spazio durante le simulazioni. I bracci robotici, lunghi almeno cinque piedi, sono fissati con varie angolazioni in ogni postazione di lavoro nella stanza. Una replica a grandezza naturale di Landsat-7 si trova vicino alla porta e due braccia puntano in direzioni opposte, congelando il gesto centrale di fronte al velivolo.
Queste armi fanno parte della fase di sviluppo di un progetto chiamato Restore-L, un veicolo destinato a lanciarsi nello spazio nell'estate del 2020, progettato per rifornire di carburante i satelliti che si muovono a vuoto. Il suo primo obiettivo: Landsat-7.
Il rifornimento di carburante nello spazio, tuttavia, è molto più complicato di quanto si possa pensare. In primo luogo, l'imbarcazione deve recuperare il ritardo con il satellite, adattandosi esattamente alla sua velocità. “Un miglio all'ora più lento e [Restore-L] non lo catturerà mai; un miglio all'ora più veloce, le cose brutte [accadono] ", dice Reed, battendo i pugni per dimostrare la distruzione che ne conseguirebbe.
Dirigere un simile sforzo da terra sarebbe quasi impossibile. Eventuali lievi ritardi nelle comunicazioni da parte degli operatori a terra potrebbero provocare catastrofi. Quindi Restore-L ha bisogno di un cervello tutto suo per tracciare e calcolare la sua traiettoria da attaccare al satellite.
Inserisci Raven. Leggermente più piccolo di una cassa di latte, questo dispositivo ha tre strumenti ottici: luce visibile, infrarossi e ciò che è noto come LIDAR, che emette laser e raccoglie la luce diffusa. Il dispositivo ha raggiunto la Stazione Spaziale Internazionale lo scorso febbraio e da allora è stato collegato all'esterno della stazione, monitorando il movimento di qualsiasi veicolo spaziale in entrata e in uscita. I tre sensori gli consentono di monitorare questi oggetti in tutte le condizioni di luce, spiega Ross Henry, l'investigatore capo del progetto Raven.
Raven sta essenzialmente aiutando il team a sviluppare un "sistema di pilota automatico", afferma Henry. Può individuare i veicoli spaziali in arrivo a quasi 17 miglia di distanza: si presentano come un singolo pixel in un'immagine. Raven usa quindi i suoi sensori per tracciare il movimento dell'imbarcazione. Basato su un algoritmo interno, Raven può sputare coordinate che dettagliano la posizione del corpo in arrivo nello spazio e il suo orientamento. Eventuali sensori simili a quelli di Raven verranno incorporati in Restore-L.
Durante la sua missione, questi sensori porteranno Restore-L vicino al satellite in difficoltà. Nel caso della riparazione di Landsat-7, le armi robot di Restore-L entrerebbero in gioco, agganciandosi a un anello di metallo sul fondo del satellite, che originariamente era usato per fissare Landsat-7 in cima al suo razzo di lancio.
Come il tuo braccio, le braccia del robot hanno tre punti principali di movimento: una spalla, un gomito e un polso, spiega Reed. Una fotocamera posizionata al polso aiuta a tracciare la sua posizione rispetto al satellite e a rispondere a piccoli cambiamenti mentre la coppia accelera nello spazio insieme a migliaia di miglia all'ora.
"Questo è ciò che pratichiamo qui", dice Reed, indicando un'altra replica del fondo di un satellite seduto nell'angolo più lontano del magazzino. L'anello inferiore del satellite è esposto e un altro braccio robotico è immobile davanti al dispositivo. Per esercitarsi nella manovra, un secondo robot fa oscillare il fondo del satellite e si intreccia mentre il braccio robotico lo colpisce, continuando a seguirne il movimento.
"Ora — e non sto scherzando quando dico questo — arriva la parte facile", dice Reed. "E questo è il vero rifornimento di carburante."
Per questa parte "facile" della missione, Restore-L utilizzerà cinque strumenti appositamente progettati per accedere alla valvola del carburante. Deve tagliare l'isolamento, rimuovere un filo di blocco sul cappuccio superiore e svitare tre diversi tappi a prova di perdite. Verranno quindi utilizzati altri due strumenti appositamente progettati per infilare il braccio di rifornimento sull'ugello, pompare carburante a una pressione inferiore a 250 libbre per pollice quadrato di pressione e reisolare la porta. Una volta completato il rifornimento, la metà anteriore dell'ugello si separa dal braccio retrattile. Lasciato alle spalle è un nuovo porto di rifornimento che richiede solo l'uso di due strumenti per completare la manovra, semplificando tutte le future missioni di rifornimento.
L'obiettivo di SSPD è collaborare con altri progettisti di satelliti per aiutare tutti i futuri satelliti a fare rifornimento di carburante incorporando il nuovo design delle porte di rifornimento. "Ora che abbiamo raggiunto il punto in cui è possibile discutere di rifornimento con una faccia seria, perché non costruire i nostri satelliti essere cooperativo ", afferma Reed. Tali ottimizzazioni satellitari sono il futuro del settore, dice. "È chiaro che molte aziende lo riconoscono e sono già interessate alla manutenzione cooperativa".
Il team sta inoltre valutando di caricare le future imbarcazioni per il rifornimento con abbastanza carburante per servire più satelliti, come una stazione di servizio mobile nello spazio. "Se riesci ad arrivare lassù e ripristinare la vita di uno di questi satelliti da un miliardo di dollari per altri cinque o dieci anni, hai immediatamente recuperato i tuoi soldi", afferma Henry. "Se riesci a farne cinque, hai un cambio di gioco."
In futuro, il team spera che altre imbarcazioni come Restore-L possano aiutare a migliorare o riparare altri satelliti. Stanno lavorando verso quelle che a volte sono conosciute come le cinque R, afferma Reed: ispezione a distanza, trasferimento, rifornimento, riparazione e sostituzione.
Un giorno, i satelliti usa e getta saranno un ricordo del passato. I satelliti Junking erano una volta una necessità, afferma Reed, ma ora i sistemi moderni sono all'altezza del compito. "L'industria satellitare non è rotta", afferma. "Stiamo umilmente suggerendo al mondo dei satelliti, potrebbe essere migliore".
Reed ed Henry presenteranno su un panel al Future Con, una celebrazione di tre giorni di scienza, tecnologia e intrattenimento all'interno di Awesome Con il 16-18 giugno 2017 a Washington, DC Partecipa per saperne di più sui robot nello spazio, ma anche sui dinosauri in Antartide, la nanotecnologia al lavoro e il multiverso!
