Все исследования SPHERES-Vertigo, Министерства обороны (DOD) SPHERES-Rings, SPHERES-Slosh и SPHERES-Inspire II используют существующую космическую станцию SPHERES этих автономных спутников. Спутники, питаемые не от использования Силы космонавтом, а от батареек АА, действуют как свободно летающие платформы, на которых могут быть установлены различные монтажные элементы и механизмы для тестирования и изучения физических или механических свойств материалов в условиях микрогравитации. Каждый спутник представляет собой 18-гранный многогранник размером примерно с футбольный мяч. Исследовательский центр НАСА в Эймсе в Моффетт-Филд, Калифорния, управляет и поддерживает исследовательский центр SPHERES на борту космической станции, который финансируется Управлением человеческих исследований и операций в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне.
СФЕРЫ представляют собой уникальную недорогую и долговременную исследовательскую лабораторию в условиях микрогравитации с низким уровнем риска, которая поддерживает быструю реакцию на испытания технологий, которые можно повторять много раз. Альвар Саенс Отеро, доктор философии, заместитель директора и ведущий научный сотрудник SPHERES в лаборатории космических систем Массачусетского технологического института (MIT), описывает возможность повторного использования SPHERES для множественных исследований микрогравитации, говоря: «Если что-то пойдет не так, перезагрузите и попробуйте снова! "В рамках исследования SPHERES Visual Assessment and Relative Tracking for Inspection of Generic Objects (SPHERES-Vertigo), которое периодически работает с февраля 2013 года, во время тестирования на нескольких спутниках используется то, что выглядит как очки, а также другое новое оборудование и программное обеспечение.
Целью исследования является построение трехмерных моделей цели с использованием алгоритмов картографии и навигации на основе компьютерного зрения. Эти дополнения к спутникам помогают исследователям создавать трехмерные карты ранее неизвестного объекта для навигации, перемещая СФЕРЫ по пути вокруг этого объекта во время фотографирования.Брент Тведдл, научный сотрудник Лаборатории космических систем Массачусетского технологического института, сказал, что проект SPHERES-Vertigo отличается от предыдущих экспериментов SPHERES «добавлением пары стереокамер, которые видят, воспринимают и понимают свой мир визуально и могут общаться со спутниками с помощью очков Vertigo. . " Очки действуют «как их собственный маленький интеллектуальный блок, который прикрепляется к передней части СФЕР и позволяет им видеть остальной мир, в котором они хотят перемещаться», — объяснил Твиддл.Во-первых, СФЕРЫ используют обновленное оборудование и программное обеспечение для построения трехмерной модели целевого объекта.
Затем спутники проверяют свои навыки выполнения относительной навигации, используя только сенсорную привязку к трехмерной модели.Изображения, полученные в рамках таких проектов, как Vertigo, могут помочь отремонтировать старые спутники, определяя и отображая характеристики старых спутников и ремонтируя их на орбите вокруг Земли. Другие приложения включают в себя будущую миссию НАСА по посещению астероида, где необходимо доскональное понимание размера, формы и движения астероида, чтобы ориентироваться вокруг него при его перемещении в космосе.
Кроме того, по мере того, как роботы становятся более автономными, им понадобится пара глаз, как у Vertigo, чтобы обеспечить им возможности навигации.Исследование DOD SPHERES-Rings — первая демонстрация полета электромагнитных образований в условиях микрогравитации, а также беспроводной передачи энергии в космосе. Исследование устанавливает высокотехнологичные кольца на существующие СФЕРЫ.
Экипаж размещает кольца вокруг отдельного спутника, состоящего из резонансных катушек, корпуса катушки с вентиляторами, аккумуляторов и оборудования опорной конструкции. Проект Rings демонстрирует использование электромагнитных катушек для маневрирования отдельных СФЕР по отношению друг к другу. Ток, проходящий через кольцо катушек, управляет спутниками, так что две СФЕРЫ, снабженные кольцом, могут притягиваться, отталкиваться и вращаться.«Использование сил и вращающих моментов, генерируемых электричеством, предпочтительнее использования топлива, поскольку электричество может вырабатываться солнечными панелями, но как только топливо израсходовано, миссия обычно заканчивается», — пояснила Кэтлин Рисинг, аспирантка Лаборатории космических систем Массачусетского технологического института.
Программное обеспечение, используемое для управления кольцами, также продемонстрирует беспроводную передачу энергии, когда один спутник передает энергию другому.Цели исследования SPHERES-Rings включают улучшенные характеристики управления ориентацией между отдельными спутниками и возможность более эффективной передачи энергии на расстоянии. Добавление эффективного способа передачи энергии между СФЕРАМИ может уменьшить потребность в альтернативных источниках энергии.
Эксперимент по беспроводной передаче энергии устанавливает оборудование, необходимое для потенциального будущего питания космической и городской робототехники и усовершенствованных систем связи в космосе, на суше или под водой.Новое расследование SPHERES-Slosh было начато на борту первого космического корабля Cygnus для доставки грузов на космическую станцию Orbital Sciences Corporation 9 января. Исследование было названо в честь звука плескания жидкостей.
SPHERES-Slosh стремится понять, как жидкости перемещаются внутри контейнеров во время длительного полета в условиях микрогравитации. Исследование продемонстрирует, как внешние силы воздействуют на содержащиеся жидкости. Цель состоит в том, чтобы смоделировать, как ракетное топливо перемещается внутри их резервуаров, как в ответ на толчки двигателя, используемые для проталкивания ракеты в космос.
Изучение физики движения жидкости в условиях микрогравитации важно, потому что самые мощные ракеты Земли используют жидкое топливо для вывода на орбиту спутников и других космических аппаратов.SPHERES-Slosh снаружи устанавливает танк между двумя небольшими спутниками. Затем пара летает внутри космической станции, создавая сценарий "слияния".
Геометрия танка имитирует топливный бак ракеты-носителя, а маневры повторяют маневры реальных машин.«Я считаю, что результаты этого эксперимента могут помочь компаниям, запускающим ракеты, разработать более совершенные резервуары и системы управления, которые окажут значительное влияние», — сказал Стивен Гэддис, руководитель программы разработки Game Changing Development Управления космических технологий в Исследовательском центре Лэнгли НАСА в Хэмптоне. , Вирджиния.
Более глубокое понимание ракетного топлива может снизить стоимость запусков спутников, финансируемых промышленностью и налогоплательщиками, за счет повышения безопасности и топливной эффективности.В середине 2014 года расследование SPHERES-Inspire II добавляет серию универсальных стыковочных портов и серию интерфейсов Halo к существующим СФЕРАМ на космической станции. Ореолы состоят из шести портов каждый и окружают небольшие спутники, как следует из названия.
Эти Halos и порты расширяют вычислительную мощность SPHERES и возможности обработки данных для обширных сценариев тестирования. «Очки для глаз» SPHERES-Vertigo могут быть прикреплены к Halo для обеспечения навигации на основе зрения.«Запланированные сценарии тестирования будут сосредоточены на агрегации ресурсов и реконфигурации спутников в качестве платформы снижения риска для тех типов маневров, которые, как ожидается, будут выполняться спутниками для миссии Phoenix Агентства перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA)», — сказал Дэвид Стернберг. аспирант Лаборатории космических систем Массачусетского технологического института.Миссия DARPA Phoenix работает над разработкой небольших спутников, которые могут роботизированно прикрепляться к стареющим или нефункционирующим спутникам на геостационарной орбите примерно на высоте 22 000 миль над Землей. Это создает новые космические системы с меньшими затратами.
С каждым новым аппаратным дополнением к СФЕРАМ значительный прогресс достигается в области робототехники, и однажды старые или нефункциональные спутники будут отремонтированы или переоборудованы на орбите. Научная фантастика о роботах-дроидах, которые суетятся, чтобы оборудовать и ремонтировать космические корабли, и космических путешественников, больше не является просто фантастикой Звездных войн.
Скорее, использование возможностей роботов быстро становится реальностью благодаря этим свободно летающим СФЕРАМ.