Landsat-7 er i problemer. Omkring 438 miles over glider minivan-håndværket rundt om Jorden hver 16. dag. Og i over 18 år har satellitten taget billeder af vores stadigt skiftende planet. Men Landsat-7 går tom for brændstof.
Relateret indhold
- Næste stop: Tankstationer i rummet
Hvis det var et jordbundet håndværk, ville dette ikke være et problem. Vi tankeer alt - fly, tog og biler. Men op i rummet er det en anden historie. Satellitter slider hundreder eller endda tusinder af miles væk fra Jorden, og hurtigere langs med tusinder af miles i timen. Denne hastighed og afstand efterlader jordoperatører stort set hjælpeløse, hvis noget går galt. Det inkluderer tankning: Når satellitter er tør for gas, opgives de for døde. De eneste undtagelser er Hubble og den internationale rumstation, som begge er i en lav nok bane til at nås via shuttle og værd at sende folk til service.
Men med den gennemsnitlige prislapp for satellitter, der ligger på over en milliard dollars, er det kostbart at grøfte håndværket, når de rammer tomt. Det bidrager også til det stadigt voksende rumskrotproblem: Disse engang nyttige menneskeskabte genstande bliver potentielt dødbringende farer i rummet. ”Vi gør det ikke, fordi vi kan lide at smide ting væk, vi gør det, fordi der ikke er nogen anden mulighed, ” siger Benjamin Reed, viceprojektleder for NASAs afdeling for satellitbetjening, en gruppe, der er fast besluttet på at ændre den måde forskere ser på satellitter.
Placeret i et lager på Goddard Space Center i Greenbelt Maryland arbejder afdeling for satellit serviceprojekter mod revolutionerende nye teknologier, der gør det muligt at reparere, tanke op og opgradere satellitter, mens de er i kredsløb. Indtil nu har computerkraft og robotteknologi ikke været sofistikeret nok til at gøre denne vanskelige indsats mulig.
Væggene i det kavernøse "epicenter" af SSPD, som Reed kalder det, er indhyllet i sort klud for at efterligne pladsens mørke under simuleringskørsler. Robotarme, hver fem eller flere meter lange, er fastgjort i forskellige vinkler på hver arbejdsstation i rummet. En livlig størrelse kopi af Landsat-7 sidder ved døren, og to arme peger i modsatte retninger, frosset midtvejs foran håndværket.
Disse arme er en del af udviklingsstadiet for et projekt, der kaldes Restore-L - et håndværk, der er beregnet til at blive sendt ud i rummet i sommeren 2020, designet til at tanke satellitter, der kører på tomme. Dets første mål: Landsat-7.
Tankning i rummet er imidlertid langt mere kompliceret, end du måske tror. Først skal fartøjet indhente satellitten, der netop matcher dens hastighed. ”En kilometer i timen langsommere, og [Gendan-L] vil aldrig fange det; en kilometer i timen hurtigere, dårlige ting [sker], ”siger Reed og bankede hans knytnæver sammen for at demonstrere den ødelæggelse, der ville opstå.
At lede en sådan bestræbelse fra jorden ville være næsten umulig. Eventuelle let kommunikationsforsinkelser fra jordbaserede operatører kan resultere i katastrofe. Så Restore-L har brug for en egen hjerne til at spore og beregne sin bane til at fastgøre til satellitten.
Gå ind i Raven. Lidt mindre end en mælkekasse har denne enhed tre optiske instrumenter: synligt lys, infrarødt og hvad der er kendt som LIDAR, der sender lasere ud og opsamler det spredte lys. Enheden kørte op til Den Internationale Rumstation i det forløbne februar og er siden blevet fastgjort til ydersiden af stationen og sporer bevægelsen af ethvert indgående og udgående rumfartøj. De tre sensorer tillader det at overvåge disse objekter under alle lysforhold, forklarer Ross Henry, leder efterforsker for Raven-projektet.
Raven hjælper i det væsentlige teamet med at udvikle et "autopilotsystem", siger Henry. Det kan se indkommende rumfartøjer næsten 17 miles væk - de vises som en enkelt pixel i et billede. Raven bruger derefter sine sensorer til at spore håndværkets bevægelse. Baseret på en intern algoritme kan Raven spytte ud koordinater, der detaljerer det indgående legems position i rummet og dets orientering. Til sidst vil sensorer, der ligner Raven's, blive integreret i Restore-L.
Under dens mission vil disse sensorer få Restore-L tæt på den satellit, der er i brug. I tilfælde af Landsat-7-reparationen ville Restore-Ls robotarme derefter komme i spil og låse sig fast på en metalring i bunden af satellitten, som oprindeligt blev brugt til at fastgøre Landsat-7 til toppen af dens raket.
Ligesom din arm har robotarmene tre hovedpunkter i bevægelse - en skulder, albue og håndled, forklarer Reed. Et kamera, der er placeret ved håndleddet, hjælper det med at spore sin position i forhold til satellitten og reagere på små ændringer, da paret går gennem rummet sammen tusinder af miles i timen.
”Det er det, vi praktiserer tilbage her, ” siger Reed og gestikulerer til en anden kopi af bunden af en satellit, der sidder i det fjerneste hjørne af lageret. Satellitens bundring sidder eksponeret, og en anden robotarm står ubevægelig foran enheden. For at øve manøvren gør en anden robot satellitbunden bob og vævet, mens robotarmen nabs den og fortsætter med at spore dens bevægelse.
”Nu - og jeg spøger ikke, når jeg siger dette - kommer den lette del, ” siger Reed. ”Og det er den faktiske tankning.”
I denne “lette” del af missionen bruger Restore-L fem specielt designet værktøjer til at få adgang til brændstofventilen. Det skal skære isolering væk, fjerne en låsetråd over topkappen og skru af tre forskellige lækagesikre låg. To mere specielt designet værktøjer vil derefter blive brugt til at trænge brændstofarmen ind på dysen, pumpe brændstof under 250 pund pr. Kvadrat tomme tryk og genisolere porten. Når brændstoffet er afsluttet, skiller den forreste halvdel af dysen sig fra den tilbagetrækkende arm. Efterladt er en ny brændstofhavn, der kun kræver brug af to værktøjer til at fuldføre manøvren, hvilket forenkler alle fremtidige tankningsopgaver.
SSPD's mål er at arbejde sammen med andre satellitdesignere for at hjælpe med at gøre alle fremtidige satellitter i stand til at tankes ved at inkorporere den nye brændstofhavnsdesign. ”Nu hvor vi har nået det punkt, hvor brændstof kan diskuteres med et lige ansigt, hvorfor ikke bygge vores satellitter at være samarbejdsvillig, ”siger Reed. Sådanne satellitindstillinger er industriens fremtid, siger han. ”Det er tydeligt, at de fleste virksomheder anerkender dette og allerede er interesseret i samarbejdsvillig service.”
Holdet overvejer også at indlæse fremtidig tankning håndværk med nok brændstof til at betjene flere satellitter, som en mobil tankstation i rummet. ”Hvis du kan komme derop og gendanne levetiden på en af disse milliarder-dollar-satellitter yderligere fem eller ti år, har du straks fået dine penge tilbage, ” siger Henry. "Hvis du kan gøre fem af dem, har du dig selv en spilskifter."
I fremtiden håber teamet, at andet håndværk som Restore-L kan hjælpe med at opgradere eller servicere andre satellitter. De arbejder på det, der undertiden er kendt som de fem R'er, siger Reed: fjerninspektion, flytning, tankning, reparation og udskiftning.
En dag vil kastede satellitter være en fortid. Forureningssatellitter var engang en nødvendighed, siger Reed, men nu er moderne systemer op til opgaven. ”Satellitindustrien er ikke ødelagt, ” siger han. "Vi foreslår ydmygt for satellitverdenen, det kunne være bedre."
Reed og Henry vil præsentere på et panel på Future Con, en tre-dages videnskab, teknologi og underholdningsfest i Awesome Con den 16.-18. Juni 2017 i Washington, DC Deltag i at lære mere om robotter i rummet, men også dinosaurier i Antarktis, nanoteknologi på arbejde og multiverset!
