A 20. században fejlett műszaki országok erőfeszítései révén kifejlesztett rakétatechnológiának köszönhetően az emberiség gyors ugrást tett az űrbe. Az új 21. század a rakétatechnológia nagy arzenálját örökölte az űrben végzett munkához és kutatáshoz. De még több - ötletek, amelyek megvalósítása egészen valóságossá vált.

Az űrkutatás sikerei tagadhatatlanok. Ennek a munkának a jelenlegi szakaszát az úgymond kísérleti feltáró tevékenységekről a térbeli vívmányok gyakorlati felhasználására való átmenet jellemzi. Fokozatosan növekszik az űrjárművekkel végzett feladatok mennyisége, és az űrtechnológiák iránti igény is növekszik, mind a polgári, mind a katonai szférában. Ennek eredményeként a fizetni hajlandó ügyfelek számának növekedésével számos űrterület már nyereségessé válik.

Még nagyobb lehetőségeket kínálnak – akár kereskedelmi értelemben is – olyan projektek, amelyek bonyolult, nagy méretű és masszív szerkezetek pályára állítását igénylik, mint például nap- és atomerőművek, űrkommunikációs antennák és rádióteleszkópok, nehéz bolygóközi űrhajók stb. . Az elindított hasznos terhek tömegdimenziós jellemzői azonban a hordozórakéták képességeitől függenek. Nyilvánvaló, hogy az elkövetkező években nem lehet leküzdeni az egy-egy indítás rakományának tömegére és költségére vonatkozó korlátokat.

A rakéta technológia drága. De a nagy méretű struktúrák térbeli létrehozásának problémája – a meglévő korlátozásokon belül – ma megoldódik. Ráadásul elég sikeresen megoldják. Ennek példája lehet például a „Szaljut”, „Mir”, a Nemzetközi Űrállomás, valamint bizonyos mértékig a „Tiangong-1” és a „Tiangong-2” kínai állomások.

A kifejlesztett mérnöki technológiák lehetővé teszik az orbitális űrállomások és egyéb pályán lévő szerkezetek méreteinek és térfogatainak jelentős növelését. A tervezők a felmerülő összeszerelési problémákat a hordozórakétákkal fokozatosan pályára állított modulok dokkolótechnológiáinak felhasználásával oldják meg. Úgy tűnik azonban, nincs messze az a nap, amikor más technológiákra is szükség lesz, amelyek a közvetlenül az űrben telepített, vagy robotok és távirányítós manipulátorok segítségével elemekből összeállított mechanikus szerkezetek, valamint felfújható vékonyrétegű szerkezetek használatára összpontosítanak. szerkezetek. Maguk az összeszerelési technológiák is javulni fognak az új anyagok, tervezési megoldások, robotberendezések automatikus vezérlőrendszereinek megjelenése, valamint a kozmonauták részvételének vezérlése miatt (hasonlóan a KRT-10 rádióteleszkóp telepítéséhez). a Szaljut-6-Szojuz-34 komplexum repülése során ").

Nem nehéz észrevenni, hogy a nagy méretű pályán lévő szerkezetek létrehozására irányuló összes vizsgált projektben az összeszerelési műveletek technológiai, karbantartási és biztonsági rendkívül fontos kérdéseit valahogy megkerülik és nem veszik figyelembe. hallgatólagosan feltételezik, hogy ezeket a problémákat a dokkolótechnológiák és az űrhajósok oldják meg.

Milyen esetekben van szükség szerelőkomplexumra? Milyen legyen egy olyan orbitális összeszerelő komplexum, amely az összeszerelést, az üzemelésre való felkészítést, a karbantartást, a munkapályára szállítást, a mélyűrkutatási eszközök elindítását és számos más, hasonlóan fontos funkciót biztosít.

Emberi repülések során szerzett hatalmas tapasztalat, nagy mennyiségű kutatás anyagfeldolgozási technológiák, összeszerelés stb. pályán - engedjék meg, hogy azt mondjuk, hogy az ilyen összetett és hosszú távú struktúrák, például az űrhajók építésének a végső összeszerelési munkák pályára történő átvitelének útján kell haladnia. Ebben az értelemben az űrben való építés alatt bármely űrjármű összeszerelését és a pályán való munkára való felkészítését értjük, amelyet funkcionális modulok és elemek formájában, kompakt (összecsukott) formában pályára állítottak, majd automatikusan összeállítanak. vagy összeszerelő robotok és távvezérelt manipulátorok használatával, különösen a következőket kell elvégezni:

• karosszériaelemek és perifériás egységek összekapcsolása;
• legördülő blokkokból összeállított napelemek dokkolása, amelyek fesztávolsága akár 20 m, széles látószögű rádióantennák „bajuszai” és gémek különféle berendezésekkel;
• keskeny látószögű rádióantenna tálak összeszerelése, dokkolása öntáguló elemekből, legfeljebb 10 m átmérőjű stb.

Az űrtevékenységek fejlődésének logikája elkerülhetetlenül „atmoszférán kívüli építkezéshez” vezet, ahogy K.E. nevezte azt, amiről beszélünk. Ciolkovszkij. Egy ilyen állítás érvényessége bármilyen űrprojekt esetében természetesen vitatható. De ha a problémát a különféle nagyméretű és szupernagy szerkezetekre szűkítjük, akkor jelenleg nincs alternatíva az űrben való összeszerelésre.

Valójában az űrkutatásban már számos sürgető probléma van, amelyek megoldásához olyan szerkezetekre van szükség, amelyek méretei jelentősen meghaladják a modern hordozórakéták teherkonténereinek méretét. Ennek eredményeként az ilyen szerkezetek egyes elemeinek összeszerelését és akár gyártását közvetlenül a világűrben kell elvégezni.

Sőt, a nagy méretű űrszerkezetek között nemcsak többlinkes, moduláris pályakomplexumok (és a jövőben bonyolultabb struktúrák, mint például műholdas naperőművek, holdon és bolygókon található kutató- és termelőbázisok) szerepelnek, hanem egyedi elemek és eszközök is. űrhajók, amelyek szintén meglehetősen nagy méretűek. Feltűnő példa erre a Szaljut, Mir orosz űrállomás és az ISS nemzetközi űrállomás.

Az ebbe az irányba mutató további lépések megkövetelik mind a kilövési technológiák költségeinek csökkentését, mind pedig teljesen új földi és űrpályás infrastruktúrák létrehozását. Az űrben – mondhatni – gyártólétesítményeket kell majd építeni új technológiákkal a különféle célú űrhajók (űrhajók – a szerk.) összeszereléséhez, karbantartásához és javításához.

Nagy túlzás nélkül kijelenthetjük, hogy a földközeli infrastruktúra fejlesztése, amely közvetlenül a Föld-közeli pályán biztosítja az összeszerelést, az üzembe helyezést, a javítást, a karbantartást és az egyéb szükséges műveleteket, az űrtevékenység minden területén döntő előnyt jelent.

A Roscosmos még 2008-ban javasolta egy emberes összeszerelő komplexum létrehozását alacsony Föld körüli pályán. Az ország vezetése a Biztonsági Tanácsban ugyanazon év április 11-én támogatta ezt az elképzelést. Egy ilyen komplexumban hajókat lehetne összeszerelni és felkészíteni a Földről való kilövéshez túl nehéz repülésekre. Nyilvánvaló, hogy a termelési létesítmények létrehozása a földi műholdpályán lehetővé tenné amellett, hogy nehéz és szupernehéz űrhajókat és szerkezeteket lehet létrehozni, jelentősen növelni a hasznos teher hatékonyságát a szállított szilárdsági követelmények csökkentésével. elemeket, és csökkenti az összeszerelésben nem szereplő „hulladékot”.

Nyilvánvaló, hogy egy ilyen komplexum létrehozásához számos összetett műszaki probléma megoldására lesz szükség, beleértve a szükséges roboteszközök létrehozását, amelyek nélkül nehéz elképzelni egy ilyen komplexum hatékony működését.

És most, ez nem titok, az úgynevezett „űrklub” szinte minden országa már dolgozik a különféle tervezésű térjavító és -összeszerelő robotok projektjein, valamint ezek felhasználási technológiáján. Feltételezhető, hogy minden műveletet autonóm és/vagy távvezérelt üzemmódban kell végrehajtani.

Canadarm robotkar

Feltűnő példa erre a kanadai fejlesztésű Canadarm robotkar, amely 1981-ben került először az űrbe a Shuttle fedélzetén. A robot utódja, a Canadarm 2 manipulátor a mai napig sikeresen működik a Nemzetközi Űrállomás (ISS) fedélzetén, segítve az űrhajósokat számos olyan összetett feladat elvégzésében, amelyek az automatizált teherhajók állomáshoz való dokkolásában a világűrbe való kilépés nélkül. űrséták során.

Canadarm2 és JEMRMS

Dextre manipulátor az ISS-en

Jelenleg pedig a Kanadai Űrügynökség befejezi a következő generációs manipulátor, a Next Generation Canadarm (NGC) fejlesztését. Az elődjénél rugalmasabb és kompaktabb NGC robotkart kifejezetten a Föld körüli pályán lévő műholdak bonyolult javítási és tankolási műveleteinek elvégzésére tervezték.

Az NGC projekt nem csupán a robotkaros technológia frissítése, hanem annak jelentős bővítése is. Az új komplexum olyan alrendszereket és komponenseket tartalmaz, amelyek manipulátor segítségével lehetővé teszik az űrhajók megközelítésének, dokkolásának, karbantartásának és leválasztásának automatikus eljárásait, valamint javításukat a világűrben történő üzemanyag-feltöltéssel. Mindezt a kanadaiak öt fő komponens formájában valósítják meg, amely végül egyetlen egységes rendszerré válik.

A MacDonald, Dettwiler and Associates Ltd szakemberei által készített Next-Generation Large Canadarm manipulátor a Canadarm 2 manipulátor kompaktabb változata, amely öt részből áll és 15 méter hosszú. A manipulátor hat szabadságfokkal, modern hardverrel és rendkívül intelligens vezérlőrendszerrel rendelkezik, amely számos különböző művelet elvégzését teszi lehetővé, a nagy teherszállító űrhajó dokkolásától kezdve az űrhajó javításához szükséges ékszerműveletekig. A manipulátor teleszkópos kialakítású, és összecsukva kevesebb mint öt köbméter térfogatot foglal el, ami lehetővé teszi, hogy a jelenleg fejlesztés alatt álló kis Orion-osztályú űrrepülőgépekre is felszerelhető legyen.

2005 nyarán Stephen Robinson űrhajós az SSRMS manipulátorra vagy Canadarm2-re (STS-114 küldetés) szerelt lábplatformon áll

Tervezés szerint az NGC sorozat második manipulátora, a Next-Generation Small Canadarm a Dextre manipulátor 2,5 méteres változata, amely jelenleg az ISS fedélzetén is használatos, függetlenül vagy a nagy Canadarm 2 manipulátorral együtt működik. Az NGC kis manipulátor célja, hogy műholdak javítására tervezett speciális eszközökkel dolgozzon, amelyek segítségével lehet cserélni az űrhajók egységeit és alkatrészeit, eltávolítani a védőbevonatokat és a hőszigetelést, elvágni és feltárni a vezetékeket, zárni. és nyissa ki a szelepeket és a szelepeket. Ugyanakkor a fenti műveletek mindegyike végrehajtható automatikusan vagy emberi kezelő által távirányítóval.

A fejlesztés alatt álló rendszer harmadik része a Proximity Operations tesztpad. Ennek az állványnak a kialakítása ipari robotizált automatizált rendszereket használ, amelyek szimulálják a két űrhajó dokkolási folyamatát. A szimuláció kiterjed a megközelítési és találkozási manőverekre, valósághű megvilágítást és több nézőpontot tartalmaz a hajómodellekre szerelt kamerák segítségével.

A rendszer egy része, az úgynevezett Semi-autonomous Docking System, az új dokkoló csomópontok és manipulátorok szoftver- és hardveralgoritmusainak tesztelésére szolgál. Az űrjárművek dokkolását közel fél évszázada sikeresen végzik az emberek, de egy dolog, ha két normálisan működő és irányítható űrszonda automatikusan dokkol, és más, ha egy hibás, javításra szoruló, vagy teljesen megsérült űrhajó vesz részt a munkában. a dokkolóban, miután kimerítették a tankjukban lévő üzemanyagot.

A leendő rendszer mind a négy korábbi komponense egyetlen irányítás alatt működik, amelyet az ötödik rész, az NGC Missions Operations Station rendszer hajt végre. Ez a rész egy „miniatűr repülésirányító központ”, amely minden komponenst külön-külön vezérel, és egyetlen összetett feladatot old meg mindenki számára.

Európai ERA manipulátor

Európai ERA manipulátor(angolul European Robotic Arm) egy távirányítású űrrobotkar, amelyet az ESA készített a Nemzetközi Űrállomás orosz szegmensének összeszerelési és karbantartási munkáihoz.

ERA manipulátor diagram

Az ERA manipulátor megjelenése

Az ERA egy csúcstechnológiás robotikai eszköz, számos egyedi funkcióval. Az egyik legérdekesebb szolgáltatás az, hogy az állomásra telepített előre meghatározott alaptartók között saját vezérlőrendszerrel mozoghat. Ez lehetővé teszi a manipulátor hasznos munkaterületének többszöri bővítését a kezelő túlterhelése nélkül, és a két végkiegyenlítő univerzális kialakításának köszönhetően érhető el, amelyek munkatestként működhetnek, vagy az állomás házán elhelyezett rögzítőkhöz rögzíthetők. alappontok. Mivel a Canadarm-2 állomás fő manipulátora számos tervezési korlát miatt nem tud működni az ISS orosz szegmensén, az ERA az ISS RS fő manipulátoraként fog szolgálni, és a következő feladatokat látja el:

• Az állomás külső felületének vizsgálata.
• Munkavégzés az ISS RS külső felületén található berendezésekkel.
• Támogatás az űrhajósoknak az EVA alatt.
• Akár 8000 kg súlyú terhek mozgatása 5 mm-es pozicionálási pontossággal.

A robotot az Európai Űrügynökség számára egy európai űrvállalatokból álló konzorcium fejlesztette ki, amelynek fővállalkozója a Dutch Space és 22 alvállalkozó nyolc másik uniós országból. Az eredeti terv szerint az ERA-t és az alaprögzítési pontokat az orosz tudományos energiaplatformon (SEP) helyezték volna el, és ezzel együtt a komp fedélzetére bocsátották volna. A manipulátorral egy napelem-komplexumot kellett volna telepíteni és telepíteni a NEP-re, de a Columbia-katasztrófa miatt csökkent az ingajáratok száma, és az energiaplatformot el kellett hagyni.

Az ERA új helyszíne a Hrunicsev Állami Kutatási és Termelési Űrközpont által az FGB-2 tartalék modulon alapuló „Tudomány” multifunkcionális laboratóriumi modul volt. Ebben kapnak helyet az alapvető rögzítési pontok és a manipulátorvezérlő eszköz.

Eszköz

ERA működési vezérlő diagram

Az ERA egy autonóm újratelepített manipulátorból és egy sor vezérlőrendszerből áll, beleértve az állomáson található vezérlőpontot, egy külső vezérlőpanelt, amellyel az űrhajós irányíthatja a manipulátort az EVA során, valamint egy földi vezérlőpontot.

A manipulátor egy szimmetrikus mechanizmus hét szabadságfokkal. 11 méter hosszú és a következő részekből áll:

• Két egyforma szimmetrikus rész, körülbelül 5 méter hosszú, szénszálas csövekből és alumíniumötvözet rögzítőelemekből (angol végtagok).
• Két teljesen egyforma univerzális összekötő eszköz (English End Effectors, EE - end Effectors). A manipulátor munkateste tetszőleges vég-effektor lehet, a másik pedig az állomás külső felületén található több alappont egyikén lesz rögzítve, amelyek kommunikációs berendezéssel vannak felszerelve a kezelő vezérlőparancsainak továbbítására. Az ERA manipulátor által mozgatott bármely típusú hasznos tehernek speciális kötélzetelemekkel kell rendelkeznie ahhoz, hogy a véghatásozó biztonságosan rögzíthesse.
• Két csuklópánt három-három csuklópánttal.
• Egy „könyök” ízület.
• ECC vezérlő számítógép a manipulátor belsejében. Az ECC memória az állomáselemek térbeli helyzetére vonatkozó adatokat tartalmazza, amelyek a szükséges műveletek elvégzéséhez szükségesek. Az adatokat az ERA földi vezérlőállomásról továbbítják az ECC-hez, amelynek számítógépes rendszere elvégzi a manipulátor által végzett összes művelet előzetes modellezését.
• Négy kamera és világítóberendezés.

Szolgálat pályán

Egy meglehetősen érdekes lehetőség, amely már fejlesztés alatt áll, a műholdas csillagképek élettartamának meghosszabbítása. Egy űrműhold fellövése után fokozatosan kimeríti élettartamát, és végül meghibásodik. Egyelőre a műhold fedélzetén lévő hibákat csak távolról, telemetriai adatok és logikai érvelés segítségével lehet diagnosztizálni. Természetesen javítások és szoftverfrissítések lehetségesek, de az anyákat és a csavarokat nem sikerült meghúzni. Ennek eredményeként, még ha egy műhold jól is teljesít, a szokásos 15 éves élettartam helyett néhány éven belül meghibásodhat.

Ha lehetséges lenne a geoszinkron pályán lévő műholdak aktív javítása és helyreállítása, és szükség szerint új pályára történő átvitele, akkor meghosszabbítható lenne élettartamuk, és jelentősen csökkenthetőek az újak létrehozásának és felbocsátásának költségei.

Még 1986-ban megjelent egy cikk „Cosmoservice in Orbit” a Szovjetunió P. Popovich pilóta-kozmonautától és A. Zheludkov vezető tervezőtől. Írtak:

Amikor „...nem egy, hanem sok azonos típusú vagy hasonló kialakítású űrobjektum van a pályán. Akkor valószínűleg célszerű lenne állandóan üzemelő speciális hajókat pályára állítani minden ilyen objektum javítása és karbantartása céljából. A fedélzeten a Földről folyamatosan feltöltött alkatrészek és alkatrészek meglehetősen széles választékát tárolhatják. Speciális ütemterv szerint az ütemezett karbantartási dátumok beköszöntével a javító űrszonda felrepülhetett egyik vagy másik űrobjektumhoz, és elvégezhetett minden szükséges munkát. Nyilvánvalóan azonnal kiküszöböli a bonyolultabb jogsértéseket, hibákat és károkat, ha felmerülnek. Minél bonyolultabbak és drágábbak az űrobjektumok, legyenek azok emberes vagy automata, minél több működik belőlük a Föld-közeli vagy más világűrben, annál indokoltabb a karbantartási és javítási rendszernek ez a változata... Valóban lehetséges, hogy egy speciális készülék nem repül a műszaki karbantartást, javítást igénylő eszközök körül, és a megfelelő időben jönnek hozzá? Vegye figyelembe, hogy ugyanilyen érdekes lehetőség az is, amikor egy űrvontató egy szervizre szoruló űrhajót szállít egy OSK-típusú javítóbázisra.

Most jött el az idő, amikor több száz űrhajó kering a pályán, egyre több van belőlük, és amelyek időben történő karbantartásával jelentősen csökkenthetők a fenntartási költségek. Ezt akár kereskedelmi alapon is meg lehet tenni. Amint azt a legutóbbi jelentések kimutatták, az Egyesült Államok nagyon komolyan veszi a pályán lévő műholdak karbantartására, javítására és tankolására szolgáló eszközök létrehozását, hogy meghosszabbítsák azok élettartamát. Így az amerikai katonai Fejlett Kutatási Projektek Ügynöksége (DARPA) szponzorált egy projektet egy olyan robot űrhajó létrehozására, amely képes helyreállítani a műholdakat, még azokat is, amelyeket nem javításra szántak, és jelenleg pályán vannak. A geoszinkron műholdak robotszolgáltatásának (RSGS) állami és magánszektorbeli programja a DARPA és az Egyesült Államok Haditengerészeti Kutatólaboratóriumának több évtizedes munkáját, valamint az egyetemi kutatók és űrügynökségek eredményeit használja fel szerte a világon.

A Védelmi Fejlett Kutatási Projektek Ügynöksége (DARPA) vizsgálja a pályán keringő műholdak javításának és tankolásának lehetőségét autonóm űralapú robotok segítségével. 1999-ben a DARPA vezetése felvetette az ilyen jellegű munka biztosításának kérdését, kizárva a drága Space Shuttle újrafelhasználható szállító űrhajó (MTSC) használatát. Az „Orbital Express” elnevezésű új koncepció megvalósítása szempontjából a következő négy területen tartják a kutatás-fejlesztést a legfontosabbnak: autonóm szállító és robotizált orbitális jármű (OA) ASTRO (Autonomous Space Transporter and Robotic Orbiter); műholdtervek, amelyek lehetővé teszik azok OA használatával történő működtetését; interfész-berendezések az űrhajók (SC) és az ASTRO dokkolójához; a szolgálati járműből a műholdra továbbított új típusú üzemanyag.

Természetesen ebben a kérdésben vannak nehézségek, és jelentősek. A szervizeléshez a műholdakat univerzális interfésszel kell felszerelni. Ám a különböző űrjárműveket különböző versengő cégek fejlesztik saját technológiájuk segítségével, és rendkívül nehéz elérni, hogy mindegyikre egységes szabványokat hozzanak létre. Ám a folyamat elkezdődött, és a hatás igen jelentős lehet az űrtevékenység különböző területein, ami többek között a Föld körüli pályán repülő „szemét” számának csökkenéséhez vezet.

Meg kell jegyezni, hogy a kis űrhajók komoly feladatokkal is megbirkózhatnak a műholdcsillagképek összeállításával, sőt javításával és karbantartásával kapcsolatban. Jól felszerelt, hosszú élettartamú, orbitális robotszerelő és javítóbázisokra van szükségünk.

OSSC - üzem a pályán

Az orbitális állomásokon robotok és távirányítású manipulátorok használatával szerzett tapasztalatok, valamint az Orosz Föderáció vezető „űrkollégiumának”, a Baumansky-nak a fejlesztései fényében úgy tűnik, hogy a legmegvalósíthatóbb lehetőség a műhold-konstellációk karbantartása, és a jövőben. , a különböző típusú nagyméretű űrszerkezetek összeszerelési folyamatának megszervezése, egy lakható szolgáltatási és összeszerelési komplexum (OSSC) létrehozása a pályán. Az OSSC-nek tulajdonképpen egy olyan gyártóüzemnek kell lennie, amely a szükséges vezérlő- és vizsgálóberendezésekkel, roboteszközökkel, távirányítós kezelőberendezésekkel van felszerelve, amelyre az összeszereléshez szükséges elemek, valamint a szervizhez, összeszereléshez és üzembe helyezéshez szükséges teljes komplexum épül. űrhajók és űrhajók. Egy ilyen komplexum prototípusa lehet például az ISS része, amely az MLM „Science”-hez hasonló modullal van felszerelve, amelyet a róla elnevezett Állami Kutatási és Termelési Űrközpont fejlesztett ki. M. V. Khrunichev, a PJSC Roscosmos megbízásából (az RSC Energia által kidolgozott javaslatok). A Nauka modulba már telepítették a 11,3 méter hosszú és 600 kg tömegű ERA európai robotkart, amelyet az ISS orosz szegmensének kiszolgálására hoztak létre. A robot akár 8000 kg tömegű nagy ISS-modulokat is képes megragadni és mozgatni, 5 milliméteres pontossággal.

Ennek eredményeként a „pályára állított gyárként” működő OSSC sokféle feladatot tudna megoldani, jelentősen kibővítve az összeszerelt és karbantartott űrhajók képességeit. Az OSSC alapján rendelésre lehetne olyan munkákat végezni, mint pl.

• Különböző célú, nagy méretű és tömegű űrhajó-szerkezetek összeszerelése és felszerelése;
• Támogatás az űrhajók és más nagy űrjárművek összeszerelése, kilövés előtti előkészítése, karbantartása és javítása során;
• Cserélhető egységek és szerelvények javítása és cseréje, űrjárművek üzemanyag-feltöltése fogyóelemekkel technológiai berendezések és roboteszközök felhasználásával, beleértve az ISS RS-hez fejlesztetteket is;
• Lehetőség biztosítása űrhajósok mozgatására, hogy különlegesen összetett műveleteket hajtsanak végre az egyes blokkok, szerelt űrhajó modulok vagy űrhajók külső felületén OSK manipulátorok és egyéb kiegészítő technológiai eszközök segítségével;
• Lehetőség a tervezés ellenőrzésére és az összeállítás tesztelésére az OSSC-ben különféle technológiai berendezések segítségével (beleértve a távoli tesztelést speciális, szabadon repülő autonóm robotokkal);
• Különböző célokra szolgáló űrhajók együttműködési csomópontjainak biztosítása az összeszerelési, telepítési és javítási munkák területén, az OSSC-vel való dokkolás további eszközök és eszközök összeszerelési egységek és anyagok tárolására.

Ennek megfelelően az OSSC berendezésnek tartalmaznia kell olyan kiegészítő technológiai berendezéseket, amelyek az alábbi munkák elvégzésére szolgálnak űrhajón vagy nagy űrhajón:

• összeszerelés és indítás előtti előkészítés;
• karbantartás;
• ellenőrzési és szervizműveletek;
• cserélhető blokkok és egységek cseréje;
• a szükséges alkatrészek és fogyóeszközök újratöltése;
• az összeszerelt vagy javított űrhajók munkahelyzetbe szállításának eszközei (vontatók).

Úgy tűnik, hogy az OSSC-nek két lakható modult kell tartalmaznia, amelyek mereven csatlakoznak egymáshoz, és lefedik az összeszerelt szerkezetet. A modulokon belül helyet kell biztosítani a kezelőknek, hogy vezérelhessenek két manipulátort, amelyek ezekre a modulokra vannak telepítve. Az egyik manipulátor rögzíti az összeszerelt szerkezet elemeit, amelyeket a Földről pályára szállítanak. A második manipulátor vezérlési, ellenőrzési vagy segédfunkciókat végez az összeszerelési folyamat során.

A szerkezetet támasztékokra (siklóba) kell összeszerelni, amelyek univerzális markolatainak biztosítaniuk kell a teljes összeszerelt szerkezet szükséges mozgását az összeszerelés során.

Az OSK, ellenőrző és ellenőrző eszközök kialakításának biztosítania kell az összeszerelési folyamat és a diagnosztika folyamatos ellenőrzésének lehetőségét az üzembe helyezés során.

Az indítás előtti és indítási munkák teljes komplexumának elvégzése után egy nagyméretű szerkezet vagy nagyméretű űrrepülőgép rendeltetésének és technológiai sajátosságainak megfelelően a pályán vagy a mélyűrben további munkákat kell végezni.

Az összeszerelés, hibakeresés, szervizelési műveletek végzése, vagy akár űrhajók és más nagyméretű szerkezetek javítása, ellenőrzési tevékenységek és ellenőrzések során egy vagy több szabadon repülő távvezérelt robotmodul (RTM), egyetlen rendszer a vezérlőkkel az OSSC-re, elkerülhetetlenül szükség lesz.

Az ilyen űrrobotikus komplexumokra (SRTC) szükség lehet minden olyan művelethez, amely a kisméretű „barátok és mások” űrhajók ellenőrzésével, vezérlésével, valamint a geometriai alakzat megőrzésével, a mutogatással és a tájékozódás fenntartásával kapcsolatos egy nagyméretű szerkezet telepítése során. pálya.

Szerkezetileg az RTM lehet dokkolóval és működő manipulátorokkal felszerelt blokk. Az űrjármű dokkolását és az űrjármű külső felületén történő mozgást dokkoló manipulátorok végzik, amelyek „cipői” elektromechanikus vezérlésű megfogókkal vannak ellátva.

A világűrben a mozgás mind a 6 mobilitási fokában kis tolóerővel impulzusos sugárhajtóművekkel történik, a távirányító parancsai szerint távoli módban, és a fedélzeti mozgásvezérlő rendszer vezérlése alatt autonóm üzemmódban. A tömegközéppont körüli pontos forgatás a dokkolóhely közelében tehetetlenségi forgatási és stabilizációs rendszerrel történik.

OSSC és 3D nyomtatás

Az additív technológiák az egyik legígéretesebb terület az űrtechnológiák fejlesztésében. A 3D nyomtatást már széles körben használják a repülőgépiparban prototípusok, motoralkatrészek és szerszámok gyártására. Használata lehetővé teszi a gyártó számára, hogy csökkentse a termékek költségeit, javítsa teljesítményjellemzőit, és jelentősen csökkentse az egyes termékek gyártási idejét. A repülőgépgyártással foglalkozó összes nagyvállalat ilyen vagy olyan módon az additív technológiák felé fordul.

Alapvetően a 3D nyomtatást motoralkatrészek előállítására használják. Így az amerikai Aerojet Rocketdyne cég 1,6 milliárd dolláros szerződést írt alá az RS-25 rakétahajtómű gyártására, amelynek egyes alkatrészei 3D nyomtatón készülnek majd. Az egyik alkatrész hagyományos módszerekkel történő gyártása hat hónapig tarthat, így az Aerojet Rocketdyne csökkentette az időt és a költségeket, valamint jelentősen felgyorsította a prototípus gyártási folyamatát. Emellett a vállalat más projektekben is sikeresen alkalmazta az additív technológiákat.

Egy másik amerikai cég, a Rocket Lab megkezdte Új-Zéland első orbitális indítóállomásának építését. Innen tervezik felbocsátani a világ első rakétáját, amelynek oxigén-szénhidrogén motorja teljesen ki van nyomtatva 3D nyomtatón.

A SpaceX sikeresen tesztelte a 3D-nyomtatott SuperDraco hajtóműveket, amelyek a Dragon űrhajót hajtják majd, és a Raptor Rocket meghajtórendszerén is dolgozik.

Más ipari óriások nem álltak meg a motoroknál. A Blue Origin több mint 400 3D-nyomtatott alkatrészt használt a New Sheppard 2015. júniusi első repülésén.

A Boeing pedig szerződést írt alá az Oxford Performance Materials-szal, az adalékanyag-gyártás vezető specialistájával, hogy 600 3D-nyomtatott alkatrészt gyártsanak le az új Starliner űrtaxikhoz.

Az additív technológiákat a közeljövőben ígéretes projektekben is alkalmazzák. A NASA fejlett technikákat alkalmaz marsi küldetésének előkészítése során: a 3D nyomtatást már használják prototípusok létrehozására, alkatrészek gyártására az űrben, és még motoralkatrészeket is készítenek egy jövőbeli, Marsra induló hajóhoz.

A Made In Space kifejlesztett és sikeresen tesztelt egy 3D nyomtatót, amely alacsony gravitációs körülmények között is képes vákuumban nyomtatni. A cég képviselői szerint a 3D nyomtatás mostantól nemcsak a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén, hanem a világűrben is lehetséges lesz. Ma (március 22-én) került sor egy új nyomtató elindítására az ISS-en.

Egy új csúcstechnológiás 3D nyomtató, a The Zero-Gravity néven ismert, az űralapú ipari gyártás első lépése lesz az univerzumban.

Az orosz repülőgépipar is megkezdi a 3D nyomtatás bevezetését. Erre a célra a Roscosmos Corporation egy egyedülálló hazai 3D nyomtatót, a Router 3131-et bocsátott rendelkezésére, nagy nyomtatási területtel. Ő fogja létrehozni az űrhajók elemeit.

A kifejezetten a repülőgépipar igényeire gyártott, egyedülálló, hazai 3D nyomtató, a Router-3131 űrhajóelemeket készít majd a Földön.

A 3D-s technológiák alkalmazása lehetővé tenné a pályán történő karbantartás és javítás hatékonyságának további növelését, lehetővé téve a szükséges szerkezeti elemek létrehozását közvetlenül a fedélzeten vagy akár a világűrben, információs csatornákon keresztül nem „élő” alkatrészek, hanem digitális rajzok fogadását. a Földről.

3D nyomtatók nagy méretű struktúrák létrehozásához az űrben.

A NASA a NIAC program részeként 2013-ban a Tethers Unlimited, Inc.-t juttatta a vállalathoz. (TUI) 500 ezer dollár a SpiderFab automatizált összeszerelési technológia továbbfejlesztésére az űrben.

A technológia alapja a Trusselator, egy olyan eszköz, amely egyfajta keresztezése a 3D nyomtató és a kötőgép között. A készüléket jelenleg sikeresen tesztelik a laboratóriumban.

A hengeres test egyik oldalán egy cérnaorsó található (a készülék műanyagot, pl. szénszálat használ alapanyagként), a másikon pedig egy extruder található, amelyen keresztül egy leendő farm három főcsöve, ill. szerkezet extrudált. A rácsot menettel feltekerve erősítik meg, így egy körülbelül méter hosszú robot több tíz méter hosszú rácsot hozhat létre.

A robot-nyomkövető egy manipulátor és egy speciális hegesztőgép segítségével a küldetés céljaitól függően képes lesz az eredeti farmokat nagy, összetett szerkezetekké összekapcsolni és napelemekkel, fényvisszaverő fóliával lefedni és egyéb műveleteket végezni. A nyomjelző típusa eltérő lehet, például különböző átmérőjű és vastagságú kerek vagy négyzet alakú csöveket tud készíteni.

A nyomkövető képes nagyméretű szerkezeteket, például kilométer hosszú kereteket építeni egy sor napelemhez.

Egy nanoműhold méretű nyomkövető 10 méter vagy annál hosszabb rácsot is képes előállítani.

A SpiderFab robotokat a kész műanyag csövet extrudáló extruderrel, nyersanyagot tartalmazó nagy kapacitású dobkonténerekkel, valamint a legyártott elemekből nagyméretű szerkezet összeállítására alkalmas manipulátorokkal szerelik fel.

Jelenleg az űrbe juttatott szerkezetek óriási biztonsági ráhagyással rendelkeznek, hogy ellenálljanak a túlterhelésnek az indítás során. Az ilyen nagy teherbírású szerkezetekre jellemzően az űrben nincs szükség, de nagyon nagy méretre van szükség például interferométeres teleszkópokhoz, rádióantennákhoz, napelemes tükrökhöz, napelemes erőművekhez és más hasonló szerkezetekhez. A SpiderFab eszközökkel pontosan ilyen szerkezeteket építhet: könnyű, nagy méretű és alacsony életciklus-költséggel.

A SpiderFab orbitális gyártókomplexum minden szükséges alkatrésze a világűrbe juttatható a meglévő hordozórakétákkal. Valójában a SpiderFab a jelenlegi technológiák mellett is áttörést jelentő projektek megvalósítását teszi lehetővé, például a Hold pályáján túli űrállomások vagy több száz megawatt teljesítményű naperőművek építését. Ugyanakkor a SpiderFab segítségével előállított szerkezetek költsége viszonylag alacsony lesz. A SpiderFab alkalmazásának egyik példája lehet egy 200 millió dolláros űrrádióteleszkóp megépítése, amelynek antenna átmérője meghaladja a 100 métert A csillagászok ma csak álmodozhatnak egy ilyen műszerről, de a SpiderFab technológia ezt az álmot a következő évtizedekben valóra válthatja. .

Interjú

21.09.2016 09:41

OROSZ ÚJSÁG. ALEXANDER GREBENSHIKOV. AVATAR, ISMERLEK!

A ROSCOSMOS State Corporation csaknem 2,5 milliárd rubelt szán a világűrben való munkavégzéshez szükséges robotok létrehozására. Milyen „mechanikus űrhajósokra” van szükség az űrállomáson kívül? Milyen teszteken mennek keresztül a „kiberek”, mielőtt pályára állnának? Melyik orosz geológus robotot tervezték a Marsra? Alexander GREBENSHIKOV, a Központi Gépészmérnöki Kutatóintézet (TsNIIMash) űrrobotikai laboratóriumának vezetője mesél erről az RG-nek.

- Alekszandr Vladimirovics, akkor milyen robotokra van szükség a világűrben való munkához?

Eleinte ezek a robotok az űrhajósok járművön kívüli tevékenységeinek operatív támogatására. Azaz asszisztensek. Aztán robotok, amelyek „önállóan” végzik a berendezések és alkatrészek karbantartását az állomás külső felületein. Például szemrevételezés, technológiai és javítási műveletek, tudományos műszerek karbantartása stb.

-Mik a főbb követelmények a kiberűrhajósokkal szemben?

A legfontosabb dolog a közeli emberek és maga az objektum - egy állomás vagy hajó - biztonságának biztosítása. Ez azt jelenti, hogy a robotok tevékenysége nem vezethet vészhelyzethez vagy abnormális helyzetekhez. A második a robot hatékony működése. Harmadszor pedig nagy megbízhatósága és az űrben lévő káros tényezőkkel szembeni ellenállás.

A robot avatárok lesznek a legsokoldalúbb gépek a Holdon és más bolygókon végzett összetett műveletekhez. És milyen előnyöket kínálnak?

Kettő tagadhatatlan: a legénység életét és egészségét veszélyeztető kockázatok csökkentése a világűrben végzett munka során, valamint a költségek csökkentése. Elmondhatom, hogy az űrhajósok külső munkájának minden órája különböző becslések szerint 2-4 millió dollárba kerül. A számok magukért beszélnek. Ezen túlmenően, ha a jövőben robotokat használnak rutin műveletek végrehajtására a személyzettel rendelkező állomásokon, a személyzetnek további ideje szabadul fel a pihenésre vagy más sürgető problémák megoldására.

Ha jól tudom, Oroszország már kifejlesztette az első olyan robotrendszert, amely segíti az űrhajósokat a világűrben? Vagy pontosabban prototípus?

Igen, három éve folynak a tervezési fejlesztések. A TsNIIMash kezdeti adatai alapján az Android Technology vállalat elkészítette a SAR-401 android űrrobot földi prototípusát. 2014 végén elnevezett CPC-n. Yu.A. Gagarin, funkcionális tesztjeit elvégezték. A robot távirányítós üzemmódban, kezelő irányítása mellett, sikeresen hajtott végre standard műveleteket: billenőkapcsolókat kapcsolt, szerszámokat fogott, mechanikus zárakkal, elektromos csatlakozókkal dolgozott, televíziós kamerák segítségével vizsgálta a felületet, megvilágította az űrhajósok munkaterületét, süllyesztette és emelte. az űrruha sisak védőszemüvegét, és megtörölte az ablaküveget.

Később kidolgozták az extravehicularis tevékenységek támogatására szolgáló robotizált szállító és manipulációs rendszer előzetes terveit, valamint az Andronaut antropomorf robotot. Prototípus mintákat fejlesztettek ki, és laboratóriumi vizsgálatokat végeztek.

Hogyan néz ki egy orosz űrrobonauta? Milyen teszteken kell keresztülmennie, mielőtt pályára áll?

Ami a SAR-401 robotot illeti, személyre hasonlít. De eddig lábak nélkül: célszerűbb egy szállítómanipulátor segítségével mozgatni az űrállomáson. A „kezei” és „ujjai” ugyanolyan méretűek és mozgékonyak, mint egy személyé, és az irányítást a kezelő által viselt külső csontváz segítségével végzik. A robot pontosan megismétli a kezelő minden mozdulatát, aki egy virtuális valóság sisak segítségével távolról irányítja a munkát sztereó képeken. A robot „fejében” elhelyezett televíziós kamerák sugározzák.

Mielőtt pályára állna, a robotnak számos komoly teszten kell átesnie: termikus vákuum, rezgésszilárdság és sugárzásállóság, elektromágneses kompatibilitás és még sok más.

- Fontos itt a forma és a tartalom egysége? Milyen irányba halad a tervezési gondolat?

Ami az android robotot illeti, kétségtelen. Szerkezetileg kinematikailag teljesen hasonlónak kell lennie egy személyhez. Csak így lesz képes az emberi kéz és ujjak motorikus képességeire jellemző „finom” műveletekre. Ráadásul a robot humanoid megjelenése alkalmasabb az űrhajósok pszichológiai támogatási funkciójának ellátására.

Űrpók robotok, kígyórobotok, majomrobotok stb. - ez egy képzelet repülése a tervezőknek? Vagy az ilyen formák szükségszerűek?

Egyes esetekben az ilyen formák szükségszerűek. Például a pókszerű robotok alkalmasabbak kráterek meredek és laza lejtőinek megmászására. Stabilabbak, manipulátorlábakkal akár fordított helyzetből is kihúzhatók. De szűk labirintusokon vagy csöveken belüli mozgáshoz - szerpentinben.

- Milyen anyagokat fejlesztenek ki a robotok sugárzástól, mikrorészecskéktől és mikrometeoritoktól való védelmére?

A robot elektronikus „töltelékét” a teste védi a mikrorészecskéktől. Hagyományos űranyagokból készül: alumíniumötvözetek, titán, kompozitok. A robot mechatronikai és elektronikai rendszereinek részeként sugárzásálló alkatrészeket, elektromos és rádiós termékeket használnak majd, és a kritikus alkatrészek és rendszerek redundáns módszereit alkalmazzák.

Sok tudós azzal érvel, hogy csak az automatáknak kell működniük az űrben, egyáltalán nem kell kockáztatni az embert. De az egyik űrhajós egyszer azt mondta: „Amikor kiment a világűrbe, valamit ki kellett cserélni. Az irányítóközpont azt mondja: „Vegye a kulcsot a 14-hez.” Elvettem, és amikor a rendszerhez közeledtem, rájöttem: biztos más kulcsnak kell lennie. Egy robot elvégezné a feladatomat 14-es kulccsal? Nem. És megtettem." Kiderült, hogy a robotok nem tudnak mindent?

Valójában még nem lehet olyan fejlett mesterséges intelligenciával rendelkező robotokat létrehozni, amelyek az űrben minden helyzetben teljesen helyettesíthetik az embert. És nem csak ott. A robotoknak azonban sok esetben nincs alternatívája az űrben. Ez vonatkozik az olyan veszélyes és munkaigényes munkák elvégzésére, mint például az űr atomerőművek karbantartása a közeljövőben, építési és telepítési munkák hold- és bolygóbázisok létrehozására, aszteroidák és távoli bolygók kutatása. De ugyanakkor a robotokat egy személy fogja irányítani vagy irányítani. Ezért jelenleg aktív munka folyik a robot-ember interfészek, valamint a robotok adaptív autonóm viselkedésének, valamint a robotok egymással való csoportos interakciójának javításán.

- Milyen kozmikus jövő vár a robotavatarokra? Nehéz kezelni őket?

Robot avatarok, i.e. az ember által irányított és mozgásait lemásoló humanoid robotok (androidok) a jövőben a leguniverzálisabb gépek lesznek a Föld-közeli űrben, a Holdon és más bolygókon lévő űrobjektumokon végzett összetett műveletek végrehajtására. Az androidok irányításának módszerei jelenleg aktívan fejlődnek. Az androidok kezelése pedig természetesen némi előképzettséget igényel.

Miért mondják a tudósok, hogy az avatárok csak a Föld közelében tudnak majd dolgozni? Például a Holdon vagy az űrállomásokon? A jel késése miatt?

Ez gyakori probléma a távoli távvezérléssel. Ha a visszacsatoló jelek több mint két másodpercig késnek, akkor az emberi kezelő és a robot tevékenységében eltérés léphet fel. Ez pedig a feladat kudarca. A Föld közelében (közvetlen rádiólátás esetén) a vezérlőjelek késése viszonylag kicsi - kevesebb, mint 0,2 másodperc.

Ami a Holdat illeti, a teljes késés (oda és vissza) már több mint 2,5 másodperc. Ez például nehézségeket okozott a szovjet holdjáró irányításában. Ezért jobb az avatárokat a Holdon irányítani egy holdpálya állomásról vagy egy holdbázis túlnyomásos rekeszeiről. És alkalmazzon felügyeleti ellenőrzési módszereket a mesterséges intelligencia elemeivel, beleértve a képfelismerést, az autonóm navigációt és a döntéshozatalt.

- Mi történik most az orosz SAR-401 és Andronaut robotokkal? Mikor mehetnek dolgozni az űrbe?

A SAR-401 alapján a Teledroid űrkísérlet részeként repülési prototípus készül, amely 2020-ban kerül az ISS-re. Az orosz szegmens új tudományos és energetikai modulján, egy űrhajós irányítása alatt, járművön kívüli tevékenységeket végez majd. Ami az Andronautát illeti, ezt a rendszert nagy valószínűséggel az orbitális állomáson belüli űrhajós pszichológiai és információs támogatásának eszközeként fejlesztik ki. Hasonló a japán Kirobo humanoid robothoz.

- Milyen robotok vannak jelenleg az ISS-en?

Az ISS külső felületén egy Canadarm2 űrmanipulátor található Dextre „fúvókával”, egy japán JEMRMS manipulátor a Kibo modul nyomásmentes EF platformjának kiszolgálására, valamint két orosz Strela mechanikus rakománymanipulátor. Az ISS belsejében található az amerikai Robonaut R2 android robot és a japán Kirobo „robotbaba”.

Az amerikaiak nagy jövőt jósolnak a SpiderFab pókszerű robotoknak, amelyek űrházakat építenek majd. Milyen rendszer ez?

A SpiderFab-ot űrszerkezetek építésére fogják használni. Itt két fő technológia van. Mindenekelőtt a Trusselator nevű készüléket, amelyet most sikeresen tesztelnek a laboratóriumban: ez egyfajta szintézise a 3D nyomtatónak és egy kötőgépnek. A hengeres test egyik oldalán egy tekercs cérna található (a készülék szénszálat használ alapanyagként), a másikon pedig egy extruder található, amelyen keresztül extrudálják a leendő farm három fő csövét. A rácsot menettel tekerve erősítjük meg. Ennek eredményeként egy körülbelül egy méter hosszú eszköz több tíz méter hosszú farmot hozhat létre.

Ezt követően a Trusselator robot nevű eszköz egy manipulátor és egy speciális hegesztőgép segítségével képes lesz az eredeti rácsos szerkezeteket nagy, összetett szerkezetekké összekötni és napelemekkel, fényvisszaverő fóliával lefedni és a küldetés céljaitól függően egyéb műveleteket végrehajtani.

Általánosságban elmondható, hogy a SpiderFab technológia lehetővé teszi, hogy továbblépjünk a kilométer hosszú képregényes struktúrák gyártására! Jelenleg az űrbe juttatott szerkezetek óriási biztonsági ráhagyással rendelkeznek, hogy ellenálljanak a túlterhelésnek az indítás során. Az ilyen nagy teherbírású szerkezetekre jellemzően az űrben nincs szükség, de nagyon nagy méretre van szükség például az interferométeres teleszkópokhoz. A SpiderFab eszközökkel pontosan ilyen szerkezeteket építhet: könnyű, nagy méretű és alacsony életciklus-költséggel.

Azt kell mondanunk, hogy a szovjet tudósok már a múlt század 80-as éveinek végén tanulmányozták a nagy méretű, nagy hosszúságú rácsok térbeli létrehozásának ötletét. Ehhez a TsNIIMash egy két szoftveres manipulátorral ellátott űrrepülőgépre épülő rácsos összeszerelő egységet tervezett használni, amely szabványos szénszálas rudakból állít össze egy rácsot szoftveres módban, összekapcsolva azokat a csomóponti elemekkel. A rudakat és elemeket a készülék fedélzetén lévő kazettás tárolóból vettük ki. Mindegyik rúd mindkét végén speciálisan kialakított magnetomechanikus, önfeszítő, holtjáték-mentes zárral van ellátva. Ugyanazon manipulátorok segítségével az egyes szakaszok összeszerelése után a teljes rácsot visszamozgatták görgős vezetők mentén, az üreges rácsos összeszerelő egység belsejében, így szabaddá vált hely a rácsos következő szakaszának felépítéséhez.

Mágneses-mechanikus zárakat, rúdelemeket, szerelvényeket gyártottak, valamint nagyméretű maketteken tesztelték a mezőgazdasági szakaszok robotizált összeszerelésének folyamatait RM-01 szovjet ipari robotokkal. Amint láthatja, a SpiderFab technológia valójában egy jól ismert ötlet felelevenítése egy új technológiai szinten a 3D nyomtatás segítségével.

- Milyen robot-űrkesztyűt fejlesztettek ki az amerikaiak? Van nálunk valami hasonló?

A RoboGlove-ot úgy tervezték, hogy növelje az ember fogási erejét az űrben. Létrehozásakor a Robonaut humanoid robot fejlesztése során használt technológiákat alkalmazták. A NASA kijelentette, hogy egy ilyen kesztyű használata több mint felére csökkentheti az ember izmaira nehezedő terhelést. Oroszországban nem fejlesztettek ki külön hasonló kesztyűket, és a folyamatban lévő kutatások során figyelmet fordítottak a hatalmi exoskeletonra.

Nemrég láttam egy videót: az ESA által kifejlesztett jövőbeli űrszemét-tisztító készülék drónok elkapását tanulja. Érdekes. Mit kínálnak az orosz robotikusok a probléma megoldására?

Oroszországban jelenleg is folynak kutatások az űrobjektumok kiszolgálásának problémáiról, köztük az űrszemét-lerakás problémájáról. Tervezési és kutatási kutatások folynak, többek között manipulátoros űrhajók fejlesztése, amelyek rögzítik az elhasznált műholdakat, azok töredékeit, majd egy speciális, úgynevezett ártalmatlanító pályára vagy a Föld légkörébe viszik őket, ahol leesésükkor megégnek.

- Egy műholdjavító robot képzelet vagy valóság?

Ma ez már nem képzelet, de még nem valóság. Külföldön és itthon is folyik a kutatómunka ennek a sürgető problémának a megoldására. A drága műholdak javítása az űrben megnöveli aktív élettartamukat, ezáltal csökkennek a műhold-konstellációk szükséges összetételének fenntartásának költségei. Ehhez azonban meg kell változtatni a műholdak és az űrhajók létrehozásának ideológiáját

javíthatóságuk legalább a szabványos szabványos elemek és blokkok cseréjének szintjén. Ezt a problémát pedig az új, ígéretes műholdak és űrhajók tervezőinek kell megoldaniuk.

Tervezik-e az orosz tervezők új Mars-járókat fejleszteni? Tegyük fel, hogy az amerikaiak a Valkyriesre tippelnek, amelyek állítólag sokkal fejlettebbek képességeikben, mint a Curiosity. mi van nálunk?

Oroszországban kidolgozták az univerzális önjáró platform „Robot Geologist” tervezését. Manipulátorral, fakitermelő és fúróberendezéssel, valamint a Hold és a Mars felszínén végzett geológiai és geofizikai kutatásokhoz szükséges tudományos műszerek teljes komplexumával lesz felszerelve. Beleértve a szeizmikus felderítést egy sor robbanás segítségével, rétegzett talajoszlopok gyűjtését és szállítását 3 m mélységig egy legfeljebb 400 km hosszú útvonalon stb. A fejlesztés lehetővé teszi számunkra, hogy szorosan hozzáláthassunk az ilyen talajok létrehozásának fejlesztéséhez. egy rover, amely funkcionalitásában nem rosszabb, mint a Curiosity.

Névjegykártya

GREBENSHIKOV Alekszandr Vladimirovics, 1958-ban született. Felsőfokú végzettséget szerzett a Moszkvai Energetikai Intézet rádiótechnikai osztályán 1981-ben. 1986 óta foglalkozik szakmailag az űrrobotikával, a ROSCOSMOS vezető tudományos intézetében, az FSUE TsNIIMash-ban dolgozik. A TsNIIMash Szövetségi Állami Egységes Vállalat Űrrobotikai Laboratóriumának vezetője, az Orosz Föderáció Fejlett Kutatási Alapítványa Robotikai Technológiák és Alapelemek Nemzeti Fejlesztési Központja Szakértői Tanácsának szakértője.

Szöveg: Natalia Yachmennikova

Orosz újság – Szövetségi szám: 7080 (212)

Moszkvai Repülési Intézet

(Nemzeti Kutatóegyetem)

Alkatrészgyártási technológia

Absztrakt a témában:

Térmanipulátorok

Elkészült Art. gr. 06-314

Zverev M.A.

Ellenőrizve:

Beregovoy V.G.

Moszkva 2013

A DOK "Mir" moduljainak manipulátorai

A Mir hosszú távú orbitális komplexumban (állomáson) (DOK) a modulok részeként manipulátorokat alkalmaztak, mind a cserélhető modulokon, mind az alapegységen. Ezek a manipulátorok feladataikban és végrehajtásukban különböztek egymástól.

A Kvant-2, Spectrum, Kristall és Priroda modulok külső felületére a fő dokkolóállomás közelében egy manipulátort szereltek fel. Ennek az M-nek az volt a fő feladata, hogy az alapegységgel (a PxO hosszirányú dokkoló egységhez) történő dokkolás után a modult egy másik dokkolóegységre csatlakoztassa, melynek tengelye az I-III stabilizációs síkban feküdt. II-IV. Ugyanezt a manipulátort használták a modulok újradokkolására a komplexum működése során. Ezekhez a műveletekhez a PxO külső gömbfelületére a stabilizációs síkok között 45 0 -os gömbszögben 2 db speciális dokkolóegység került beépítésre, amelyre a modul manipulátort rögzítettük. Az ezzel a csomóponttal történő dokkolás után a modul lecsatlakozott a hosszirányú dokkoló csomópontról, és a legközelebbi szabad „merőleges” dokkolócsomóponthoz került, hagyományosan az I-II vagy III-IV. Ezt a manipulátort a pont-pont program szerint működő szállító (szállító) manipulátorok közé kell sorolni.

Alapegység-manipulátorok („Strela”)

A szállító manipulátorok osztályába tartozik a „Strela rakományrendszer” is, amelyet a komplexum alapegységére szereltek fel. Ez a rendszer a rakomány moduloktól az alapegység felületére történő szállítására szolgál. A DOK „sztár” kialakítása után a tároló összes kijárati nyílása foglalt volt, és a szükséges felszerelést csak a modulok második végnyílásaiból tudták szállítani. A legénység munkájának megkönnyítése érdekében két „nyilat” szereltek fel a DOK felületére, a II és IV stabilizációs síkra azokon a helyeken, ahol a fejburkolatot rögzítették. Az 1. ábrán. Felsoroljuk azokat a munkákat, amelyekhez a manipulátor segítségére volt szükség.

A „Nyíl” diagramja és fényképe az 1. ábrán látható.

Háztartási mechanikus manipulátorok Nyíl", amelyet két tengely körül elhelyezett teleszkópos rúd formájában készítettek, az ISS-en az űrhajósok mozgatására használják az állomás külső felületén. A modulra szerelt daruk "Móló". Az egyik daru elérheti a modult "Zarya". A másik az ellenkező oldalon található, és a legvégéig „nyúlhat”. "Csillagok".

Buran manipulátor

A tesztek elvégzésére az intézet egyedi standot készített. A világűrben való munkára tervezett manipulátort egy légpárnával megtámasztott platformra helyezzük. Hasonló módon ellenőrzik és gyakorolják a különféle terhek mozgását mesterséges súlytalanság körülményei között. A 15 m teljes hosszúságú ("kinyújtott" szállítási helyzetben) manipulátor három síkban működik, és 6 forgási szabadságfokkal rendelkezik. Az orbitális űrhajó (SBM) fedélzeti manipulátorrendszere két, egyenként 360 kg tömegű manipulátorból áll - a fő és a tartalék manipulátorból. Mindegyik manipulátor végére egy megfogó van felszerelve, amely tartja és mozgatja a hasznos terhet, míg a kezelő két független, két síkban forgó televíziós kamera segítségével figyeli a művelet előrehaladását, és egy spotlámpa világítja meg a megfogót és a kívánt helyet a gépen. az űrhajó vagy orbitális állomás külső felülete. A Buranovsky manipulátor kinematikai felépítése hasonló a Space Shuttle (RMS) manipulátorhoz. A hat forgási szabadságfokon kívül egy szállítási fokozattal rendelkezik (a hajó rakterébe való kezdeti beszereléshez zárt raktérajtókkal). A manipulátor láncszemei ​​(„váll” és „könyök”) könnyű, de tartós kompozit anyagokból (szénszálas) készült csuklós rudakból készülnek, amelyek az éles hőmérséklet-ingadozásokkal járó térviszonyokhoz igazodnak.

A manipulátor vezérlése a link meghajtókhoz és a fedélzeti digitális számítógépkomplexumhoz (ONDC) csatlakoztatott kapcsolón keresztül történik, amely többféle vezérlési mód használatát teszi lehetővé. Kézi vezérlési módban a manipulátor műveleteit a kezelő vezérli a manipulátor vezérlőpultján található két fogantyú segítségével, amely a hajó kabinjának parancsnoki rekeszében található a hátsó falon. Az egyik fogantyú maga a manipulátor mozgását biztosítja, a másik pedig közvetlenül a megfogókhoz csatlakozik. A kezelő a már említett távoli televíziós rendszerrel irányítja a műveletet.

Automatikus vezérlési módban a manipulátor a BCVC-be ágyazott program szerint működik. Ezzel egyidejűleg a BCVC kommunikál a manipulátorral a hajón kívül elhelyezett berendezésekkel, kiszámítja a megfogók optimális röppályáját és szükséges mozgási sebességét a rakomány mellett, folyamatosan figyelemmel kíséri a teljes rendszer működését, és szükség esetén szükséges kiigazításokat. A célirányító üzemmódban a manipulátor önállóan tudja mozgatni a megfogókat hasznos teherrel a tér előre meghatározott pontjára. Rendelkezésre áll egy tartalék üzemmód is, amelyben vezérlőparancsokat küldenek a manipulátor minden ízületére. Az amerikai RMS-sel ellentétben a Buran manipulátornak van egy alapvető tulajdonsága - nem csak az orbitális hajóról, hanem a Földről is vezérelhető. Ebben az esetben az űrből történő munkavégzés során nagy mennyiségű telemetriai információ kerül közvetlenül a földi repülésirányító központba (MCC), amelyet azonnal elemeznek, feldolgoznak, és a kapott parancsok ugyanolyan gyorsan. pályára küldik és bekerülnek a fedélzeti számítógép memóriaegységébe, ahonnan a manipulátorba kerülnek. Így az irányítóközpontban elhelyezett operátor képes lesz a világűrben munkát végezni egy pilóta nélküli automata repülést végző hajó fedélzetéről.

Ami a BCVC memóriablokkokban elhelyezett programokat illeti, a fejlesztők a fő és a kiegészítő blokkokban történő tárolásukat biztosították. Ez a megoldás lehetővé teszi a repülési program rugalmas megtervezését attól függően, hogy a legénység van-e a hajó fedélzetén. A program lezárása miatt a Buran manipulátort soha nem tesztelték űrrepülési körülmények között (a Buran első és egyetlen repülésére nem telepítették, és a tesztelést is magában foglaló, 1991 decemberi második repülésre nem került sor) a földi teljes körű és számítógépes modellezés azonban lehetővé tette mozgásának következő jellemzőinek meghatározását:

· Az üres megfogó mozgását 7-10 cm amplitúdójú, 0,5-1 Hz frekvenciájú rezgések kísérik.

· Kb. 1 tonnás teherrel végzett munka során a teljes rugalmasságból adódó markolat-lengés amplitúdója (a fő rugalmasság a csuklópántokban és a terhelés rögzítésének helyén a markolatban összpontosul) 50 cm volt.

· Az 1,5 t és 6 t súlyú rakomány leállítása egy oszcilláló tranziens folyamattal jár együtt, amelynek lecsengési ideje kb. 2, illetve 4 perc.

A Buran manipulátort súlytalanságot szimuláló állványon tesztelik.

manipulátor modul pályatér

A fényképen látható, hogy a manipulátort a hajó jobb oldalára szerelték fel, és szállítási helyzetben három olyan egység rögzíti, amelyek a manipulátort a láncszemek mozgatható csuklóiban tartják.

Dextor manipulátor

Az Endeavour amerikai űrhajó március 11-én indult a Nemzetközi Űrállomásra a Cape Canaverall Űrközpontból. Az Endeavour repülés fő küldetése, hogy egy házmodult és egy robotot szállítsanak az ISS-re, amely a világűrben is képes küldetéseket végrehajtani. Az űrhajó legénysége hét űrhajósból áll. Nem sokkal a kilövés után riasztó jeleket kaptak az űrhajósok a hajó kormánymotorjaitól, majd máig tisztázatlan okokból tartalék hűtőrendszerre kellett váltaniuk. A NASA illetékesei úgy becsülik, hogy ezek a problémák nem érinthetik a repülési programot. Az Endeavour sikló szállítja a Nemzetközi Űrállomásra a japán Kibo Habitation Module három alkatrésze közül az elsőt, valamint a kanadai 200 millió dolláros plusz 200 millió dolláros precíziós Dextre robotkarat, amelynek két robotkarja működik az ISS külső felületén.

A Dexter úgy néz ki, mint egy fej nélküli törzs, két rendkívül mozgékony, 3,35 m hosszú karral. A ház egyik végén megfogóeszközzel van felszerelve, amellyel a Canadarm 2 megragadhatja, és az SPDM-et átviheti az állomás bármely orbitális csereegységére (ORU). A test másik végén egy, a Kandarm orgonával gyakorlatilag teljesen megegyező robotműködtető található, így az SPDM az ISS megfogóeszközeihez rögzíthető, vagy a Kandarm2 funkcionalitásának bővítésére használható.

Mindkét SPDM kar hét ízülettel rendelkezik, ami ugyanolyan rugalmasságot biztosít, mint a Canadarm 2, nagyobb pontossággal kombinálva. Mindegyik kar végén található az Orbital Replacement Unit/Tool Change Mechanism (OTCM) nevű rendszer, amely beépített megfogókat, behúzható fejet, monokróm televíziós kamerát, háttérvilágítást és osztott csatlakozót tartalmaz. adatcsere és a rakomány videó megfigyelése.

A Dexter karosszériájának alján két tájolható színes képkamera található megvilágítással, egy ORU tárolóplatform és egy szerszámtartó. A tok három különböző eszközzel van felszerelve, amelyek az ISS-en végzett különféle feladatok elvégzésére szolgálnak.

Manipulátor Canadarm

A Canadarm egy robotkar volt, amelyet eredetileg űrhajókon való használatra szántak. A Canadarm-ot 1975-ben állították hadrendbe, és 1981-ben repültek először, és az emberi űrrepülés történetének jelentős technikai fejlesztése volt. A Canadarm bemutatta a roboteszközök lehetséges alkalmazási lehetőségeit az űrben, és szilárdan meghonosodott az űrkutatás mérnöki területén is. Az eszköz számos iterációját gyártották különféle küldetéseken való használatra.

A Canadarm hosszú hurokkarokból áll, amelyeket a pilótafülkéből robotizáltan vezérelnek. A Canadarm hivatalosan forgó távmanipulátor (SRM) rendszerként ismert, és az űrhajósok számára készült, hogy rakományokat szállítsanak az űrrepülőgépekbe vagy onnan. Más feladatokra is használható, a Hubble-teleszkóp javításától a Nemzetközi Űrállomás (ISS) összeszereléséig. Az eszközök második generációját, a „Canadarm-2?”-t telepítették az ISS-re.

Az űrrepülés különböző aspektusaival kapcsolatos fejlesztési munkákra olyan ügynökségek is megbízhatnak, mint a National Aeronautics and Space Administration (NASA). Míg az ügynökségek gyakran inkább hazai cégekkel dolgoznak együtt, a nemzetközi együttműködés nem ritka, amint azt a Canadarm használata is bizonyítja. A NASA olyan eszközt rendelt, amely a hasznos terhek átvitelének vezérlésére használható, és potenciálisan más olyan tevékenységekhez is használható az űrben, ahol tárgyakat kell rögzíteni és manipulálni. Bevetésük során a különböző Canadarm modellek soha nem vallottak kudarcot, bár 2003-ban megsemmisültek. természeti katasztrófák következtében.

A Canadarm-ot először a Columbia űrsikló fedélzetén használták az STS-2 küldetés során, 1981-ben. Működése során a Canadarm manipulátor 50 küldetésben vett részt és 7000 fordulatot hajtott végre a Föld körül, egyetlen hiba nélkül működve. A robotkart a Hubble teleszkóp megfogására, több mint 200 tonna ISS-alkatrész mozgatására és kirakására, valamint űrhajósok mozgatására használták.

A manipulátor az űrsikló rakterében volt, a kabinból távvezérléssel. 6 szabadságfokkal rendelkezik. A rögzítési mechanizmus működési elve egy kamera membránjához hasonlít.

Jellemzők:

Hosszúság -- 15,2 m (50 láb);

Átmérő -- 38 cm (15 hüvelyk);

Üres tömeg -- 410 kg (900 font);

Súly a teljes rendszer részeként -- 450 kg

A „CANADARM” távvezérelt manipulátort (RMS) telepítették az űrrepülőgépre. Lehetőség van a DUM két ágának létrehozására. Egyszerre csak egy kéz dolgozhat. Az RMS (RMS) fő célja a szállítási műveletek:

Tárgyak szállítása az OPG-ből, tárgyak elhelyezése az OPG-ben, a „Távoli munkahelyhez” (VRP) rendelt űrhajósok mozgatása az OPG-ben lévő objektumhoz;

Technológiai műveletek biztosítása:

Szerszám és személy alátámasztása, rögzítése, elhelyezése.

Az RMS Canadarm-ot a Spar Aerospace tervezte és gyártja. Az első minta fejlesztése és gyártása - 70 millió dollár. A következő 3 „fegyvert” 60 millió dollárért gyártották. Összesen 5 darab készült (201., 202., 301., 302. és 303. kar) és került át a NASA-hoz. A 302-es kar elveszett a Challenger-balesetben. Élettartam - 10 év, 100 repülés.

Az RMS Canadarm manipulátor diagramja a 2. ábrán látható.

Tervezés

A szerkezet fehér bevonata, amely termosztatikus berendezésként működik, hogy fenntartsa a berendezés szükséges hőmérsékletét vákuum körülmények között, megakadályozza, hogy a kéz hőmérséklete a napsugarak hatására emelkedjen, és az űrhideg ellen vetüljön ki, amikor a kéz árnyékban van.

Kizsákmányolás

A Canadarm-ot először a Columbia űrsikló fedélzetén használták küldetése során. STS-2 1981-ben. Működése során a Canadarm manipulátor 50 küldetésben vett részt és 7000 fordulatot hajtott végre a Föld körül, egyetlen hiba nélkül működve. . A manipulátort a teleszkóp megfogására használták Hubble, több mint 200 tonna ISS alkatrész mozgatása és kirakodása és űrhajósok mozgatása.

STS-107 Orbiter Boom érzékelő rendszer

Általános információ

Egy manipulátor az űrsikló üzemanyagtartályának vizsgálatához.

A "Columbia" űrrepülőgép balesete után (repülés STS-107) 2003 elején a Columbia Accident Investigation Board (CAIB) megbízást adott a Shuttle Program fejlesztésére. A NASA egyik követelménye egy kiegészítő ("pár") kifejlesztése volt a Canadarm-hoz a formában Orbiter Boom érzékelő rendszer(OBSS), amelynek tartalmaznia kell eszközöket a sikló alvázának TSR külső felületének ellenőrzéséhez a visszatérés előtt. Az MDA (korábban Spar Aerospace) által az űrmanipulátorok több generációjának létrehozása során megszerzett technológiára és tapasztalatokra alapozva az MDA kifejlesztette az Space Shuttle kiterjesztését: egy robotgémet, amely képes a sikló hővédelmi rendszereinek pályán történő ellenőrzésére. Az Inspection Attachment Bar (IBA) fontos szerepet játszott a sikló hővédelmi rendszerének ellenőrzésében.

Általános információ

Az ellenőrző rúd a meglévő Canadarm megoldásokon alapult, és lényegében ugyanaz a kialakítás, kivéve, hogy a karcsuklókat alumínium adapterekre cserélték, hatékonyan rögzítve az adaptereket a bölcsőben. A nyílhegyet úgy tervezték, hogy egy sor szenzort befogadjon és kapcsolódjon hozzá, hogy értékelje a sikló hővédelmi rendszerét.

A 211 kilogramm súlyú (érzékelők nélkül) és körülbelül 15 méter hosszúságú IBA megközelítőleg akkora volt, mint az űrsikló Canadarm-ja. Így az IBA a hajó fedélzetén kapott helyet, ahová eredetileg a használt "tartószerkezetet" telepítették volna. A pályán az űrsikló Canadarm és az ISS Canadarm2-je markoló segítségével felveszi az IBA-t.

„ERA” manipulátor.

2014-ben a tervek szerint az ISS orosz szegmensére telepítik az európai ERA (European Robotic Arm) manipulátort, amelyet az állomásmodulok újradokkolására és a légzsilip szervizelésére használnak. A manipulátor egy szimmetrikus 4 láncszem, amely két „nagy” és két „kis” linkből áll. Mindkét kis link a Canadarm2 markolatokhoz hasonló markolattal rendelkezik, ami lehetővé teszi, hogy az ERA-t bármelyik kis linkhez rögzítsük.

Európai ERA manipulátor.

"KIBO" manipulátor

A japán JEM ISS modul diagramja a 4. ábrán látható. A modul fizikai paramétereit a 3. táblázat mutatja be.

A "Kibo" japán kísérleti egység, ami reményt jelent, Japán első orbitális laboratóriuma. A "Kibo" négy modulból áll:

Tudományos laboratórium (RM):

Ez a blokk központi része, amely lehetővé teszi minden típusú kísérlet elvégzését nulla gravitációs körülmények között. A modul belsejében 10 kísérleti blokk található. Maga a modul akkora, mint egy busz.

Kísérleti poggyászmodul (ELM-PS):

Egy berendezéstároló szerepét tölti be, amelyben mozgatható konténerek vannak elhelyezve. Az űrsiklón szállíthatók.

Külső rakományegység (EF):

Állandóan a világűrben van. Hulladékelhelyezésre fogják használni. Cserélhető szemetes edényeket tartalmaz, amelyeket megtelve eldobnak.

Manipulátor kar (JEM RMS):

A külső rakományblokkot fogja szolgálni. A fő kar nehéz tárgyakat hordoz, míg a kis levehető kart finom munkákhoz használják. A manipulátor kar egy videokamerával van felszerelve, amely lehetővé teszi a karmozgások pontos irányítását.

Minden modulhoz kis csomagtartókat is rögzítenek.

Fizikai paraméterek:

3. táblázat.

Irodalom

1 http://www.myrobot.ru

2 http://www.dailytechinfo.org

3 http://ru.wikipedia.org

4 http://ixof.ru

Hasonló dokumentumok

Automata gép, amely egy manipulátorból és a mozgatását szolgáló programvezérlő berendezésből áll. Ipari robot célja és alkalmazása. Egy antropomorf manipulátor blokkvázlata. A manipulátormechanika problémái és kinematikai elemzése.

absztrakt, hozzáadva: 2010.12.09


Az ellenőrző és mérőberendezések szerepe a termékek minőségének és versenyképességének biztosításában. Követelmények a FARO mobil koordináta mérőgépeivel szemben. Hordozható mérőmanipulátorok jellemzői, lézerszkenner működési elve.

absztrakt, hozzáadva: 2010.03.07


Teheremelő daruk biztonságos üzemeltetése feletti felügyelet megszervezése. Jelek és szabványok az acélkötelek kilökésére. Kinevezés, engedély darukezelőként végzett önálló munkavégzésre. Elsősegélynyújtás.

csalólap, hozzáadva 2011.11.22


Lézeres technológiák alkalmazása csővezeték-építésben. Fémlézeres hegesztési technológia. Automatikus manipulátorok zavart mozgásának szabályozásának szintézise. A kinematikai jellemzők mátrixának elemeinek kiszámítása a mechanizmus koordinátáin keresztül.

bemutató, hozzáadva 2016.12.12


Az előkészítő és válogató gyártás technológiai folyamatainak integrált gépesítése és automatizálása. Érzékelő az anyagszélesség automatikus mérésére: működési elv. Kéttengelyes manipulátorok kinematikai diagramja CNC varrógépekhez.

teszt, hozzáadva: 2016.02.07


Munkadarabok és alkatrészek szállítása: módszerek osztályozása és jellegzetességeik, a meglévő előnyök és hátrányok felmérése. Alkatrészek speciális orientáló eszközei, jelentésük és működési elveik. Automata manipulátorok.

absztrakt, hozzáadva: 2011.04.18


Ionmotorok használata cirkáló és interorbitális repüléshez a világűrben. Térvillamos hajtóművek alkalmazása. Útvonalterv kidolgozása a „katódhüvely” rész technológiai folyamatához.

szakdolgozat, hozzáadva: 2012.12.18


Robotrendszerek alkalmazása a nagy precizitást igénylő, rutinszerű, monoton munkavégzés folyamataiban futószalagon. Rendszerek szintézise a manipulátor kívánt pályájának és mozgási sebességének generálására adott spline-ok szerint Matlab környezetben.

szakdolgozat, hozzáadva: 2015.01.23


A PN46T termék leírása és működése, belső felépítése és funkcionalitása, felhasználási célja és céljai. A hajtás műszaki jellemzői, működési módjai. Üzemeltetési szabályok és a készülék hatékonyságát befolyásoló főbb tényezők.

gyakorlati jelentés, hozzáadva: 2014.07.21


Meglévő ipari robotmanipulátorok elemzése. Az ipari robotok osztályozása, tervezésük jellemzői. Meghajtó design elemek. Kiinduló adatok és számítások a robotkar könyökcsuklójának meghajtásának fejlesztéséhez. Számítási eredmények elemzése.