В историческа стъпка за развитието на космическите технологии робот успя да конструира структура директно в орбита около Земята, без астронавти да участват физически в сглобяването ѝ. Експериментът е реализиран в рамките на проекта ASTRA, разработен от изследователи от Калифорнийския технологичен институт с финансиране от Агенцията за перспективни отбранителни научноизследователски проекти на САЩ (DARPA). Според екипа това е първата успешна демонстрация на автономно изграждане на конструкция в космическото пространство – технология, която в бъдеще може да позволи създаването на огромни съоръжения, чиито размери досега са били ограничавани от възможностите на ракетите-носители.

Роботизираната система, наречена ASTRA (Autonomous In-Space Tensioned Reflector Assembly), е създадена с конкретната задача да сглобява конструктивни елементи в условията на орбитална среда. По време на експеримента тя успява да изгради структура с диаметър приблизително 1,4 метра, предназначена да служи като основа за рефлекторна антена. Конструкцията използва композитни тръби от влакнести материали, алуминиеви съединителни елементи и тънък отразяващ слой от материала Kapton. Принципът на работа наподобява сглобяването на детски конструктор: отделните елементи се вземат от специални контейнери, позиционират се и се свързват последователно, докато постепенно се оформя по-голяма конструкция.

Според Серджо Пелегрино от Caltech, който ръководи проекта, постижението доказва, че автономното изграждане на конструкции в космоса вече е практически възможно, а не просто теоретична концепция. Макар демонстрацията да е сравнително малка по мащаб, тя представлява важна крачка към разработването на системи, способни да изграждат значително по-големи съоръжения директно в орбита. Подобна технология би могла да намери приложение не само в астрономията и астрофизиката, но и в телекомуникациите, производството на енергия и създаването на бъдеща инфраструктура извън Земята.

Едно от най-големите предимства на подобен подход е, че той може да преодолее фундаментално ограничение на съвременната космонавтика. В момента размерите на космическите апарати и техните конструкции са силно зависими от пространството, с което разполага товарният отсек на ракетата-носител. Дори когато дадена структура може да бъде сгъната за изстрелването, съществуват сериозни инженерни ограничения относно начина, по който тя се разгъва и функционира след достигането на орбита. Ако обаче отделните компоненти се транспортират компактно и се сглобяват от роботи в космоса, инженерите ще могат да проектират съоръжения, които са много по-големи от всичко, което може да бъде изстреляно като един цялостен обект. Именно тази възможност стои в основата на програмата NOM4D на DARPA – Novel Orbital and Moon Manufacturing, Materials, and Mass-efficient Design.

Дългосрочната цел на програмата е разработването на технологии за изграждане на огромни конструкции с размери от стотици метри, а в перспективата – дори километри. Ръководителят на NOM4D Андрю Детор подчертава, че подобни мащаби все още са извън възможностите на съвременните технологии, но демонстрацията на ASTRA представлява важна отправна точка. В бъдеще подобни роботизирани системи биха могли да изграждат големи орбитални антени, слънчеви панели, космически телескопи, комуникационни платформи и дори инфраструктура за продължително човешко присъствие извън Земята.

За да осъществят експеримента, изследователите преминават през няколко етапа на разработка и изпитания. Първоначално екипът създава концепцията и необходимите инженерни решения, след което проверява работоспособността на системата в лабораторни условия на Земята. След приключването на тези етапи оборудването е подготвено за изпращане в космоса и интегрирано в орбиталния транспортен апарат Vigoride 7 на компанията Momentus. Той достига орбита на 30 март 2026 г. като част от споделената мисия Transporter-16 на SpaceX, при която множество различни полезни товари са изведени в космоса с една ракета.

На борда на Vigoride 7 ASTRA разполага с два предварително сглобени сегмента на конструкцията, роботизиран манипулатор и необходимите допълнителни компоненти за изграждането на следващите секции. След достигането на орбита системата освобождава транспортните си фиксатори и започва работа. Роботизираният механизъм се придвижва по три линейни оси, взема отделните конструктивни елементи и ги свързва на специално предназначена монтажна платформа. Макар самото сглобяване да се извършва от роботизираната система, инженерите на Земята продължават да наблюдават процеса и да изпращат команди в кратките комуникационни прозорци, които общо продължават около 15 минути дневно. Напредъкът се проследява и чрез снимки, изпращани обратно към изследователския екип.

Въпреки успешното изпълнение на основната задача, експериментът не преминава без затруднения. Екипът се сблъсква с редица непредвидени технически проблеми, а ограниченото време за работа не позволява изграждането на цялата планирана антена. Въпреки това роботът успява да демонстрира ключовата технология – автономно сглобяване на конструктивни елементи в орбитална среда. За учените това е достатъчно, за да определят мисията като успешна, тъй като основната цел е била да се докаже работоспособността на метода, а не непременно да се завърши цялото съоръжение. Пелегрино определя разработването и изпращането на толкова сложна система в космоса като сериозно предизвикателство за сравнително малкия научен екип.

Потенциалните приложения на технологията са особено интересни за бъдещата космическа астрономия. Един от най-амбициозните сценарии включва използването на роботи за изграждане на огромни огледала за космически телескопи. По-големите огледални повърхности позволяват събирането на повече светлина и съответно наблюдението на по-далечни и по-слаби астрономически обекти. Вместо да се разработват сложни механизми за сгъване и разгъване на гигантски телескопи, бъдещите мисии биха могли да транспортират отделните им компоненти и да ги сглобяват директно в космоса. Сходен подход може да бъде използван и за изграждането на огромни радиоантени, които да подобрят възможностите за изследване на далечната Вселена и приемане на изключително слаби сигнали от космически източници.

Друга перспективна област е космическата слънчева енергетика. Големи масиви от слънчеви панели, изградени в орбита, биха могли да събират слънчева енергия и потенциално да я предават към Земята безжично. Подобни концепции се изследват от различни научни организации, но изграждането на достатъчно големи и ефективни системи остава сериозно предизвикателство. Роботизираното производство и сглобяване в космоса може да се окаже една от технологиите, необходими за реализирането им.

Програмата NOM4D включва и друго направление, разработвано от Университета на Илинойс в Ърбана-Шампейн. То е насочено към обработката и втвърдяването на композитни материали в условията на микрогравитация. Предвижда се експериментът да бъде проведен на Международната космическа станция, като учените ще изпитат специална полимерна смола, предназначена за създаване на здрави композитни конструкции в космическа среда. Това би могло да допълни технологиите за роботизирано сглобяване, като позволи не само монтаж на предварително произведени части, но и производство на нови конструктивни елементи извън Земята.

Успехът на ASTRA показва, че бъдещето на космическото строителство може да изглежда много различно от досегашните модели, при които почти всички компоненти трябва да бъдат произведени и сглобени на Земята, преди да бъдат изстреляни. Възможността роботи да изграждат сложни структури в орбита би могла постепенно да превърне космическото пространство в място не само за експлоатация на готови апарати, но и за тяхното производство, разширяване и поддръжка. Макар до изграждането на конструкции с размери от стотици метри или километри да има значителен технологичен път, първата успешна демонстрация на ASTRA вече очертава посоката. Следващата голяма крачка може да бъде създаването на машини, които не просто работят в космоса, а изграждат инфраструктурата, необходима за бъдещото човешко присъствие там.

Снимка: Unsplash/Caltech/DARPA

Виж още: World of Warcraft: Forever стартира със 70 480 процесорни ядра, 251 TB RAM и 3924 виртуални машини