Ιστορικό επίτευγμα: Ρομπότ του Caltech ολοκλήρωσε αυτόνομα κατασκευή στο Διάστημα

Σύνοψη

• Το πρόγραμμα NOM4D της DARPA και ερευνητές του Caltech ολοκλήρωσαν με επιτυχία την πρώτη αυτόνομη ρομποτική συναρμολόγηση δομής στο Διάστημα.
• Το πείραμα ASTRA κατασκεύασε το τρίτο τμήμα ενός δικτυώματος ενόσω βρισκόταν σε τροχιά, χρησιμοποιώντας σύνθετους σωλήνες από ανθρακονήματα.
• Η κατασκευή μεγάλων δομών (εκατοντάδων μέτρων ή χιλιομέτρων) εκτός Γης παρακάμπτει τους περιορισμούς μεγέθους που επιβάλλουν οι πύραυλοι εκτόξευσης.
• Η τεχνολογία προορίζεται για τη μελλοντική δημιουργία τεράστιων τηλεσκοπίων, ηλιακών συστοιχιών παραγωγής ενέργειας και κεραιών τηλεπικοινωνιών.

Το πείραμα ASTRA του Caltech, χρηματοδοτούμενο από το πρόγραμμα NOM4D της DARPA, εκτοξεύτηκε με το διαστημόπλοιο Vigoride της Momentus και κατασκεύασε επιτυχώς ένα τμήμα δικτυώματος σε τροχιά. Το σύστημα χρησιμοποίησε σύνθετους σωλήνες από ίνες και ανακλαστικά υλικά, αποδεικνύοντας ότι τα ρομπότ μπορούν να συναρμολογήσουν αυτόνομα δομές κλίμακας στο σκληρό διαστημικό περιβάλλον.

Η ιστορία της διαστημικής εξερεύνησης βασιζόταν πάντοτε σε έναν θεμελιώδη και ανυπέρβλητο περιορισμό, ο οποίος αφορά το μέγεθος των πυραύλων που αναλαμβάνουν τη μεταφορά εξοπλισμού εκτός της γήινης ατμόσφαιρας. Όλες οι κατασκευές, από τους δορυφόρους τηλεπικοινωνιών μέχρι το θηριώδες διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb, έπρεπε να σχεδιαστούν με τέτοιο τρόπο ώστε να αναδιπλώνονται με απόλυτη ακρίβεια μέσα στο περίβλημα του εκάστοτε πυραύλου και στη συνέχεια να ξεδιπλώνονται κατά την είσοδό τους στο κενό του Διαστήματος. Η προσέγγιση αυτή περιορίζει δραστικά την κλίμακα των έργων που μπορούν να υλοποιηθούν σε τροχιά, καθώς οτιδήποτε μεγαλύτερο από τη χωρητικότητα ενός συμβατικού φορέα εκτόξευσης απαιτεί πολλαπλές αποστολές και εξαιρετικά δαπανηρή χειροκίνητη συναρμολόγηση από αστροναύτες. 

Το πρόγραμμα NOM4D (Novel Orbital and Moon Manufacturing, Materials, and Mass-efficient Design) της DARPA έρχεται να αντιμετωπίσει ακριβώς αυτό το κατασκευαστικό εμπόδιο, προτείνοντας την απευθείας κατασκευή τεράστιων δομών στο Διάστημα με τη βοήθεια προηγμένων ρομποτικών συστημάτων.

Μέσα από μια συνεργασία με το Caltech, η DARPA χρηματοδότησε το πείραμα ASTRA (Autonomous Space TRuss Assembly), το οποίο μόλις κατέγραψε μια ιστορική πρωτιά στον τομέα της αεροδιαστημικής μηχανικής. Ένα πλήρως αυτοματοποιημένο ρομπότ κατάφερε να χτίσει από το μηδέν μια δομή δικτυώματος ενόσω βρισκόταν σε τροχιά, ανοίγοντας τον δρόμο για την ανάπτυξη εγκαταστάσεων που θα εκτείνονται σε μήκος εκατοντάδων μέτρων ή ακόμα και χιλιομέτρων. Το ωφέλιμο φορτίο, το οποίο ενσωματώθηκε στο διαστημόπλοιο Vigoride της εταιρείας Momentus Inc., ταξίδεψε στο Διάστημα έχοντας ήδη δύο προσυναρμολογημένα τμήματα τα οποία αναπτύχθηκαν κατά τη διάρκεια της δοκιμής, ενώ ο ενσωματωμένος ρομποτικός μηχανισμός ανέλαβε να κατασκευάσει ένα τρίτο τμήμα χρησιμοποιώντας εξαρτήματα όπως σύνθετους σωλήνες από ανθρακονήματα.

Σύμφωνα με τον Andrew Detor, διαχειριστή του προγράμματος NOM4D της DARPA, ο αντικειμενικός σκοπός του εγχειρήματος εστιάζει στην παροχή δυνατοτήτων για αποτελεσματική και επεκτάσιμη κατασκευή τεράστιων διαστημικών υποδομών, οι οποίες δεν μπορούν να προσεγγιστούν με τα σημερινά τεχνολογικά μέσα. Αντί να στέλνουμε έτοιμα, περίπλοκα οχήματα που διαθέτουν χιλιάδες κινούμενα μέρη επιρρεπή σε βλάβες, το όραμα της υπηρεσίας περιλαμβάνει τη μεταφορά απλών, ακατέργαστων υλικών από τη Γη, τα οποία θα μορφοποιούνται και θα ενώνονται επί τόπου. Αυτό πρακτικά σημαίνει ότι το βάρος και ο όγκος των φορτίων που εκτοξεύονται θα αξιοποιούνται στο μέγιστο βαθμό για τη μεταφορά πρώτων υλών, μειώνοντας κατακόρυφα το συνολικό κόστος ανά κιλό ωφέλιμου υλικού που τίθεται σε τροχιά.

Η πρακτική εφαρμογή αυτής της τεχνολογίας εκτείνεται σε πολλούς διαφορετικούς επιστημονικούς και εμπορικούς κλάδους. Οι ερευνητές του Caltech, υπό την καθοδήγηση του καθηγητή Sergio Pellegrino, υπογραμμίζουν ότι οι μελλοντικές δομές που θα προκύψουν από αυτή τη μέθοδο θα μπορούσαν να λειτουργήσουν ως κολοσσιαία κάτοπτρα για διαστημικά τηλεσκόπια νέας γενιάς, επιτρέποντας στους αστρονόμους να παρατηρήσουν αντικείμενα στα πιο απομακρυσμένα σημεία του Σύμπαντος με πρωτοφανή ευκρίνεια. Παράλληλα, τα συστήματα αυτά δύνανται να αποτελέσουν τη βάση για τεράστιες κεραίες ραδιοσυχνοτήτων που θα ενισχύσουν τις τηλεπικοινωνίες ή για την κατασκευή ασύλληπτου μεγέθους ηλιακών συστοιχιών, οι οποίες θα συλλέγουν την ηλιακή ενέργεια στο Διάστημα και ενδεχομένως θα τη μεταδίδουν πίσω στη Γη για την κάλυψη των διαρκώς αυξανόμενων ενεργειακών αναγκών. Το περιβάλλον μικροβαρύτητας, το οποίο μέχρι πρότινος αποτελούσε πρόκληση, μετατρέπεται πλέον σε πλεονέκτημα, διότι οι δομές δεν χρειάζεται να αντέχουν τις καταπονήσεις της βαρύτητας που απαιτούν ενισχυμένα και βαριά υλικά υποστήριξης.

Κατά τη διάρκεια της δοκιμής, η ομάδα του Caltech αντιμετώπισε πολλαπλά απρόοπτα προβλήματα που αναπόφευκτα προκύπτουν όταν η θεωρία των εργαστηρίων εφαρμόζεται στις ακραίες συνθήκες του Διαστήματος. Οι ακραίες θερμοκρασιακές διακυμάνσεις, η κοσμική ακτινοβολία και το απόλυτο κενό δημιουργούν ένα περιβάλλον όπου η συμπεριφορά των υλικών ενδέχεται να διαφέρει σημαντικά από τις προβλέψεις. Παρόλα αυτά, η δυνατότητα του συστήματος να επαναλαμβάνει τις διαδικασίες συναρμολόγησης και να ξεπερνά τα εμπόδια που προέκυπταν επιβεβαιώνει την ανθεκτικότητα και την ευελιξία του σχεδιασμού. 

Αξίζει να σημειωθεί ότι το πείραμα ASTRA είναι ένα από τα δύο projects που προκρίθηκαν στην τρίτη φάση του προγράμματος NOM4D για επίδειξη σε τροχιά. Η έτερη προσπάθεια, η οποία καθοδηγείται από το Πανεπιστήμιο του Ιλινόις Urbana-Champaign, ετοιμάζεται να αξιοποιήσει μια υπομονάδα συνδεδεμένη στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό προκειμένου να δοκιμάσει μια καινοτόμο τεχνική σκλήρυνσης σωλήνων από ανθρακονήματα απευθείας στο διαστημικό περιβάλλον.