太空是最需要维护和服务大型建筑的地方,那里的条件极其恶劣,而人类技术的寿命很短。舱外活动(宇航员在航天器外进行的活动)、机器人技术和自主系统解决方案对维修和维护任务非常有用,并帮助太空界对各种太空任务进行了开创性的研究。机器人技术和自主系统的进步促进了多种空间服务。这些包括但不限于制造、组装、维护、天文学、地球观测和碎片清除。
由于涉及无数风险,仅依靠人工建造者是不够的,当前的技术已经过时。我们需要引入可持续的未来技术来支持当前和不断增长的轨道生态系统,随着太空任务规模的扩大,轨道上需要更广泛的基础设施。太空中的组装任务将是满足不断增长的需求的关键责任之一。
研究团队介绍了一种创新的、灵巧的步行机器人系统,可用于轨道组装任务。作为一个用例,研究人员测试了机器人组装25m大口径太空望远镜 (LAST)。
在轨道上组装望远镜
自从哈勃太空望远镜及其继任者詹姆斯韦伯太空望远镜发射以来,太空界一直在不断朝着部署更新、更大、孔径更大(光收集区域的直径)的望远镜发展。
由于尺寸有限,我们目前的运载火箭无法在地球上组装诸如 25m LAST这样的望远镜。这就是为什么理想情况下需要在太空(或轨道)中组装大型望远镜的原因。LAST 在轨试运行的前景激发了科学和商业对深空天文学和地球观测的兴趣。要在太空中组装这种规模的望远镜,我们需要合适的工具,虽然传统的太空行走机器人候选者很灵巧,但它们的机动性受到限制。因此,在未来的在轨行走机器人设计中纳入移动功能可在不影响灵活性的情况下提供对更大工作空间的访问。
E-Walker 机器人
研究人员提出了一种七自由度完全灵巧的端到端步行机器人(一种可以沿着表面移动到不同位置以执行具有七度运动能力的任务的四肢机器人系统)。
他们进行了深入的设计工程练习,以测试机器人在轨道上有效组装 25m LAST的能力。该机器人与国际空间站上现有的Canadaarm2和欧洲机械臂进行了比较。此外,还开发了用于地球模拟测试的缩小原型,并进行了另一次设计工程练习。
研究分析表明,提议的创新E-Walker设计被证明是多功能的,是未来在轨任务的理想候选者。E-Walker将能够通过执行日常维护和维修任务来延长太空中任务的生命周期后组装。
对缩小原型的分析表明,它也是地球上维修、维护和组装操作的理想候选者,例如对风力涡轮机进行定期维护检查。未来还有很多工作有待探索。