DARPAs Robotic In

Nov 01, 2023

Es bestehen keine Möglichkeiten zur visuellen Diagnose, Aufrüstung oder Reparatur von Satellitenkomponenten.

Alle Tests auf Komponentenebene des DARPA-Programms „Robotic Servicing of Geosynchronous Satellites“ (RSGS) sind abgeschlossen und der Start der Demonstrationsmission im Orbit ist für 2024 geplant.

Das Ziel von RSGS besteht darin, die Inspektion und Wartung von Satelliten in der geosynchronen Erdumlaufbahn (GEO) zu ermöglichen, wo Hunderte von Satelliten Kommunikations-, Meteorologie-, nationale Sicherheits- und andere wichtige Funktionen übernehmen.

Derzeit gibt es keine Möglichkeiten zur visuellen Diagnose, Aufrüstung oder Reparatur defekter Satellitenkomponenten.

Im weiteren Verlauf dieses Jahres werden die Ingenieure die Tests der Flugroboter-Hardware und -Software abschließen. Die Integration der Roboternutzlast in den Raumfahrzeugbus wird im Jahr 2023 beginnen, gefolgt von der Erprobung und Verifizierung des kombinierten Systems.

Nach dem Start im Jahr 2024 wird das Trägerfahrzeug einen hocheffizienten Elektroantrieb nutzen, um zum GEO aufzusteigen. Nach einer Phase der Prüf- und Kalibrierungsaktivitäten geht das Programm davon aus, dass die Satellitenwartungsaktivitäten im Orbit im Jahr 2025 beginnen werden.

„Wir streben danach, eine dauerhaft einsatzbereite, geschickte Roboterfähigkeit in der geosynchronen Erdumlaufbahn zu schaffen“, sagte Ana Saplan, RSGS-Programmmanagerin im Tactical Technology Office der DARPA. „Dies wird die Reparatur und Aufrüstung von Satelliten im Orbit ermöglichen, die Lebensdauer der Satelliten verlängern, die Fähigkeiten bestehender Satelliten erweitern, die Widerstandsfähigkeit von Raumfahrzeugen erhöhen und die Zuverlässigkeit der aktuellen US-Weltrauminfrastruktur verbessern.“

Im Jahr 2020 ging DARPA eine Partnerschaft mit SpaceLogistics, einem Unternehmen von Northrop Grumman, ein, um den Raumfahrzeugbus, den Start und den Betrieb des integrierten Raumfahrzeugs bereitzustellen, im Gegenzug für die Möglichkeit, die Roboternutzlast für die kommerzielle Wartung im Orbit zu nutzen.

DARPA finanziert das US Naval Research Laboratory (NRL), um die Entwicklung der RSGS-Roboterwartungsfähigkeiten zu leiten. Das von DARPA bereitgestellte On-Orbit-System umfasst zwei Roboterarme, mehrere Roboterwerkzeuge, On-Orbit-Prüf- und Kalibrierungsausrüstung, Gerätestauanschlüsse, Kameras und Beleuchtung sowie zugehörige Avionikboxen mit fortschrittlicher Robotik-Steuerungsflugsoftware.

Jeder Arm besteht aus sieben hochfesten Hochleistungsgelenken sowie einem Werkzeugantrieb. Avionikboxen versorgen die Waffen mit Strom, Daten und Kontrolldiensten.

„Durch eine öffentlich-private Partnerschaft wird DARPA dazu beitragen, diese Technologie von der Demonstration zur Betriebsfähigkeit zu bringen“, sagte Saplan. „Anstatt Satelliten aufgrund eines kaputten Teils oder fehlenden Treibstoffs in den Weltraumschrott zu verbannen, wird unser Robotermechaniker bald Reparatureinsätze im Weltraum durchführen.“

Die RSGS-Arme sind robust genug, um in der Schwerkraft der Erde vollständig getestet zu werden. Wenn überhaupt, erfüllen nur wenige andere Roboterarme für die Raumfahrt, weder in der Vergangenheit noch in der Entwicklung, dieses Designkriterium. Diese einzigartige Eigenschaft macht dieses kombinierte Wartungssystem einzigartig leistungsfähig im Orbit und vollständig bodentestbar.

Um das Überleben von RSGS unter den Belastungen beim Start und jahrelangen Einsätzen in der rauen Umgebung des Weltraums sicherzustellen, werden sowohl die RSGS-Roboternutzlast als auch der vom Partner bereitgestellte Bus vor dem Start umfangreichen Tests unterzogen.

Zu den wichtigsten Tests gehören solche zur Überprüfung der Grundfunktionalität, Vibrationsbelastungen, die die Belastungen während des Starts simulieren, elektromagnetische Tests, um sicherzustellen, dass die Komponenten störungsfrei zusammenarbeiten, sowie Thermo-Vakuum-Expositionen, die die extremen Temperatur- und Vakuumbedingungen der Weltraumumgebung simulieren.

Wie bei den meisten Raumfahrtsystemen wird RSGS in jedem dieser Modi auf Komponentenebene (nach Gelenk oder Kasten), dann nach der Armmontage und erneut auf Fahrzeugebene getestet.

Der erste zusammengebaute Arm hat die Funktions-, Vibrations- und elektromagnetischen Tests erfolgreich abgeschlossen und bereitet sich auf den Beginn der thermischen Vakuumtests vor. Der zweite Arm schließt die Integration ab und wird im Herbst mit den Umwelttests am NRL beginnen.

RSGS soll langfristig im Orbit bleiben und auftretende Probleme bestehender Raumfahrzeuge lösen. DARPA hat RSGS so konzipiert, dass es während des Flugs mit zusätzlichen Werkzeugen und Hardware versorgt werden kann, um unvorhergesehene oder aufkommende Herausforderungen im GEO-Bereich zu lösen.

Mit der Einführung dieser Roboterfähigkeiten im Weltraum wird eine Vielzahl neuer Dienste möglich – von der Rettung eines neuen Raumfahrzeugs, das auf eine Anomalie bei der Ausbringung stößt, bis hin zur Aufrüstung älterer Satelliten, die noch eine Nutzungsdauer haben.

Mit RSGS legt DARPA den Grundstein für eine On-Orbit-Servicebranche, von der sowohl staatliche als auch kommerzielle Kunden profitieren.