用来拯救以及回收卫星的机器人!

 智能工业机器人     |      2019-12-03 14:06

导读:当卫星爆炸时(这通常令人惊讶),我们可能无能为力。它们变成了昂贵而危险的漂浮物体,在地球空上运行了几代或几代,直到重力最终导致它们在大气层中燃烧死亡。辛辛那提大学教授欧

当卫星爆炸时(这通常令人惊讶),我们可能无能为力。它们变成了昂贵而危险的漂浮物体,在地球空上运行了几代或几代,直到重力最终导致它们在大气层中燃烧死亡。

辛辛那提大学教授欧玛在他的智能机器人和自主系统实验室致力于工程机器人技术的研究,以修复轨道卫星。他想象机器人卫星可以与其他卫星对接进行维护或加油。

奥马尔说,每次卫星发射,都会有一百万个错误。但是对于大多数故障,一旦卫星被部署。据《太空新闻》(SpaceNews)报道,一颗价值4亿美元的国际通信卫星(Intelsat)卫星在到达一个非常椭圆的轨道后,今年发生了故障,这个轨道相当于一辆小型校车的大小。今年,SpaceX公司的首批60颗Starlink卫星中的几颗也出现了故障,但它们的低地球轨道预计将在几年内消失。

也许历史上最著名的卫星故障发生在1990年,当时哈勃太空望远镜空被部署到美国宇航局,却发现其昂贵的镜子被扭曲了。随后在1993年奋进号航天飞机上的维修任务取代了镜子,提供了一幅令人惊叹的宇宙图景。奥马尔说,将人送到泰国空进行卫星维护非常昂贵。航天飞机上的宇航员完成了以下四项哈勃太空望远镜服务任务,总耗资数十亿美元。

从日本到俄罗斯,故障卫星困扰着大多数国际项目。这个问题不限于地球的轨道。1999年,美国宇航局的轨道飞行器坠毁在火星上,因为工程师在螺旋桨软件中使用磅而不是公制牛顿。推进器的发射力比预期的要小四倍,而且宇宙飞船的轨道非常低。奥马尔说,每次发射都无法修复卫星,这成了一个更加紧迫的问题。

奥马尔说:“大型商业卫星很贵。他们的燃料耗尽、失败或崩溃。”"他们希望能在那里修理,但现在不可能了。"美国宇航局希望改变这种情况。该机构将在2022年发射一颗能够为低地球轨道上的其他卫星加油的卫星。目标是拦截美国政府卫星并给其加油。美国国家航空航天局称,名为“恢复-1”的项目有望为自主卫星维护提供概念证明。

科罗拉多州的一家公司Maxar正在为该项目提供航天器基础设施和机械臂。Maxar公司的首席机器人专家约翰·伊聚合物说,大多数卫星停止运行是因为燃料耗尽,而不是因为严重的故障。他说仅仅加油就能给航空/[/k0/行业带来好消息。

他说:“你正在逐步淘汰一颗高质量的卫星,因为它已经没有汽油了。”勒默说,他熟悉奥马尔在智能机器人和自主系统实验室的工作。“与我共事多年的欧玛(欧玛)致力于会见和邻近组织。有各种技术解决方案。有些人会比其他人更好。这是为了获得操作经验,找出谁的算法更好,以及什么能最大限度地降低操作风险。”伊聚合物表示,该行业已准备好为加州大学(UC)等航空空工程专业的学生创造好消息。他说:“我认为这是未来。我们将爬进去,而不是跳跃。”在奥马尔的实验室里,学生们正在研究与太平洋空上其他卫星对接的卫星的自动导航。这是一个棘手的问题,因为零重力的意外碰撞会导致一两辆汽车翻滚。

辛辛那提大学工程学教授欧玛正在研究维修或补充太原空其他卫星所需的基本技术。资料来源:Andrew higley/uccreative services

奥马尔说:“在泰空很容易使它翻滚,因为没有东西可以支撑它。卫星变得越来越难捕捉。如果它开始滚动,它基本上可以永远滚动。它不会自行停止。”他说,工程模拟可以预测目标卫星的动态行为,因此近距离卫星可以安全捕获目标卫星。“我们有模拟工具,所以我们可以从那里准确预测他们的行为,”他说。

奥马尔说:“在太平洋空抓东西真的很难。更难抓住掉在地上的东西空”“在预测动态行为和执行精确控制时,你必须非常小心,这样你才能‘翻转’卫星并轻轻抓住它。”

辛辛那提大学航空空工程系的学生孙玉峰(Yufeng Sun)拥有一台激光扫描仪来测量和渲染三维物体。资料来源:Andrew higley/uccreative services

奥马尔将远程卫星导航与最新的无人驾驶汽车技术相比较。在他的实验室里,学生们使用鞋盒大小的机器人来测试这些算法,这些机器人在看起来像曲棍球桌的地方移动。然而,这是一个像微型气垫船一样提供空气垫来模拟Tai 空微重力环境的机器人。

候选人安德鲁·巴特博士解释了它是如何工作的。他说:“目前,它基本上是一个试验台。它有一个距离传感器、一个照相机和一个惯性测量装置,从下面看不到。”"它随着致动器和八个定向推进器一起移动,推动它绕着桌子旋转."巴特说,尽管运动仅限于X轴和Y轴,导航的概念可以应用于三维空间。

奥马尔还在研究卫星远程维护所需的复杂机器人技术。他的实验室有几个工业规模的机械臂,有七个关节,可以让它们向各个方向移动。奥马尔说,最有用的维护卫星将能够完成许多任务。在他的职业生涯中,他参与了与国际空空间站和以前的航天飞机计划有关的各种机械武器项目。他的签名漂浮在空的一台设备的轨道上。

奥马尔指出:“这个机器人将对算法和传感器技术进行一些控制测试。”他指出,他的实验室里有一个人类大小的机器人手臂。"我们不是在模拟特定的任务,而是在未来的任务中使用新的测试技术."马和加州大学的高级研究助理阿诺普·萨提亚(Anoop Sathyan)正在他的实验室开发一个机器人网络,可以独立工作,但可以共同完成一项共同的任务。

辛辛那提大学正在研究让机器人独立运行但能合作完成任务的方法。照片来源:Andrew highley/uctreative services

在他们的最新研究中,马和萨提亚通过一种新颖的游戏测试了一组机器人,该游戏使用绳子将额外的代币移动到桌子上的指定位置。由于每个机器人只控制一根绳索,因此它们需要其他机器人的配合,通过响应每个机器人的动作增加或放松绳索上的张力来将令牌移动到正确的位置。

利用被称为遗传模糊逻辑的人工智能,研究人员可以获得三个机器人,然后获得五个机器人将令牌移动到所需位置。他们的结果发表在本月的机器人杂志上。研究人员发现,通过使用五个机器人,即使其中一个发生故障,团队也能完成任务。研究人员总结道:“对于大量机器人来说尤其如此,尤其是单个机器人的低责任。”

奥马尔职业生涯的大部分时间都对泰空感兴趣。在新墨西哥州立大学,他设计了一种模仿低重力的机械背带。系安全带的学生可以在跑步机上“跳跃”,跑步机的重力是地球重力的六分之一,或者在篮球场上扣篮。

奥马尔说,由于故障成本高,在太平洋空安装卫星已成为航空空行业日益重要的优先事项。奥马尔说:“这还不太实际。这项技术仍在开发中。”“但我预计,在技术成熟的5到10年内,他们将开始将修复卫星的技术商业化。”美国国防高级研究项目局前项目经理戈登·罗斯勒(Gordon Roesler)告诉《天文学》杂志,卫星一旦发射,就无法修复或修改,这在经济上是不合理的。他说:“没有其他[的例子”,我们建设的价值高达5亿美元或10亿美元。一旦我们犯了错误,我们就再也见不到它了。”该公司将不得不考虑远程维护或服务来制造卫星。如今,大多数卫星太脆弱了,无法在不造成损害的情况下遥控。

伯特说:“即使你喜欢,你今天也不能修理太多的卫星。这颗新卫星需要通道门来容纳基本的维护和对接目标,以帮助它进入现场。”时间就是生命。唐纳德·凯斯勒的理论认为,随着每次发射和每颗失败的卫星,低地球轨道将接近凯斯勒效应。正如2013年奥斯卡奖电影《重力》理论小说中所描述的,卫星碰撞可能会产生一系列碎片,从而阻碍未来发射的安全性。"

奥马尔说:“考虑这些物体的速度。我们不是在谈论高速公路的速度,甚至不是飞机的速度。他们以每小时17000英里的速度行进。”奥马尔说泰空是一个由政府机构主导的勘探和发现区域。然而,这一领域处于商业化的前沿,这为想追求的毕业生提供了许多航空空空间工程工作。

“最终,泰空的商业化将是一个大产业,”他说。他的研究将有助于推进知识前沿,并为未来的太平洋空项目铺平道路。

奥马尔说:“我们没有发展整个任务。我们正在开发基础技术。”"一旦这项技术得到验证,美国宇航局或商业公司将把它带到下一步."在尼尔·尼尔·阿姆斯特朗是航空空工程教授的大学里,第一步可能很重要。