Há mais de duas décadas, um grupo de EUA O Laboratório de Pesquisa Naval (NRL) de cientistas, engenheiros e pesquisadores colocam caneta no papel, brainstorming o que eventualmente se tornaria a primeira missão de serviço robótica por satélite duradoura. Financiado pela Agência de Projetos de Pesquisa Avançados de Defesa (DARPA), o NRL projetou e desenvolveu a carga útil do Serviço Robótico de Satélites Geossincrônicos (RSGS). No final 2024, DARPA entregou a carga útil para SpaceLogistics, uma empresa Northrop Grumman, que a integrou com o ônibus espacial, para se tornar o veículo robótico da missão (MRV), que está programado para ser lançado no final deste mês. As capacidades espaciais do NRL øs focam na segurança nacional e na defesa dos limites da ciência espacial para aplicações navais e do Departamento de Guerra (DoW). O NRLÕs Naval Center for Space Technology (NCST) suporta o escopo completo de operações espaciais — desde sistemas terrestres até o bloco de lançamento e além.

.Para dizer simplesmente, o NRL vai para todo o espaço, disse Bernard Kelm, Diretor Interino da NCST.. Esta viagem para o bloco de lançamento representa o culminação de uma empresa de várias décadas de visão, risco e engenharia implacável.. A $ 2 Milhões de jogos e o nascimento de um laboratório no final 1990 s, muitos especialistas consideraram a execução de encontros autônomos e atracação entre duas naves espaciais desenroscadas como pura ficção científica. No entanto, os pesquisadores do NRL previram um futuro onde o Departamento de Defesa [agora conhecido como o Departamento de Guerra] precisaria de um veículo de serviço orbital não só para suportar a manutenção e atualização de capacidades do satélite, mas também para habilitar um novo paradigma com capacidades no espaço ainda maiores do que seria possível de outra forma. Convencido deste futuro, o chefe de ramo do NRL Sam Hollander (ret.) e a liderança do NRL autorizaram um $ 2 investimento do programa de melhoria de capital para construir um laboratório de pesquisa de operações de proximidade e encontros de robótica espacial. O investimento de risco funcionou como um empréstimo contra o futuro do NCST. A instalação de robótica de última geração terminou a construção em 2001 e foi inicialmente usada para projetos financiados internamente envolvendo a implantação de grandes estruturas de truss. Essa aposta inicial resultou, permitindo um amplo espectro de pesquisa e desenvolvimento científico (R&D) e atraindo muitas vezes o seu investimento inicial em financiamento externo. Por 2002, a instalação capturou a atenção do gerente de programa DARPA Gordon Roesler (ret.). Ele finançou o NRL para executar um estudo em pequena escala chamado RescueSat, explorando como salvar satélites bilhões de dólares presos na órbita errada. Este estudo rapidamente evoluiu para o programa SUMO (Aviões espaciais para a Modificação Universal de Orbits) para iniciar a maturação das tecnologias críticas para tal missão.

O desafio SUMO & O.Make or Break.Demo.O mandato SUMO foi desagradável,. disse Glen Henshaw, Ph.D., NRL Lead Space Roboticist for RSGS..DARPA nos desafiou a projetar um robô que poderia atracar com qualquer satélite no espaço.. Como os satélites são construídos sob medida sem padrões de design universais, a equipe de engenheiros descartou primeiro redes, arpões e vigas tratoras. .Então, percebemos uma verdade universal – todo satélite chegou ao espaço em um foguete!. Ao alvo do robusto plano de interface de lançamento do veículo — o anel estrutural ou buracos de parafuso explosivo que ligam uma nave espacial a um foguete para lançamento — determinou- se que um braço robótico poderia seguramente acertar quase qualquer nave espacial sem danificar instrumentos delicados.. O NRL adquiriu equipamentos de nível laboratorial e foi lançado em testes. A equipe encontrou muitos desafios técnicos: a iluminação no espaço é cegamente brilhante ou preta, e algoritmos de visão de computadores tiveram dificuldade em ler as características arrugadas de cobertores térmicos. A equipe do NRL atendeu este desafio de frente por meio de ambientes de testes laboratoriais de engenharia para simular, o mais fielmente possível, condições no espaço, incluindo a iluminação orbital dura.

O DARPA estabeleceu um objetivo claro para o NRL: atrapalhe com sucesso um modelo em dois tipos de satélites e prove a confiabilidade. Com a diminuição do financiamento e o futuro do programa em linha, a equipe trabalhou incansávelmente. O sistema se arrastou na borda do sucesso, com seus algoritmos de controle robótico autônomo acertando duas de cada três tentativas. Sabendo que eles poderiam ter apenas uma foto para provar o seu conceito, os engenheiros filmaram meticulosamente todos os testes. No dia da visita do patrocinador e da demonstração oficial, a persistência deles resultou. A demonstração combinando protótipos de robótica e software funcionou todas as três vezes. O vídeo de demonstração bem sucedido foi levado diretamente ao diretor DARPA, que aclarou a próxima fase de P&D científica. . O programa é semi- invisível, disse Kelm..O software de voo e os algoritmos de controle robótico são muitas vezes negligenciados, mas são tão importantes e complexos quanto o hardware robótico. A experiência interna do NRL desenvolveu os algoritmos e software habilitantes que levaram à autonomia do RSGS. FREND, Mars Rovers e a equipe de Robot- Humano.No âmbito do programa SUMO, provamos que a missão era inteiramente possível, disse Henshaw..Mas também aprendemos lições importantes sobre como os algoritmos de controle robóticos funcionam no espaço. Microprocessadores de voo reais são construídos para uma durabilidade extrema - muito mais lenta do que o processador de um laptop diário. Executar o software sob essas condições restritas e realistas nos obrigou a voltar ao quadro de desenho e redesenhar nossos algoritmos para ser mais rápido e eficiente.

Por 2005, o programa evoluiu para FREND (Front End Robotics Habilitando a demonstração de curto prazo). Com o financiamento no lugar, o FREND objetivou construir braços robóticos de voo espacial reais enquanto avançava o software de voo e outras tecnologias de suporte. Em seguida, a equipe se moveu para garantir os fornecedores capazes de fabricar estes braços. NRL e DARPA embarcaram em uma turnê de aquisição de turbulência, visitando cinco licitadores sérios na América do Norte em uma única semana, selecionando Alliance Spacesystems – a mesma equipe que construiu os braços robóticos para o NASAÏs Mars Curiosity Rover. A empresa entregou uma Unidade de Desenvolvimento de Engenharia, que ainda está em uso no Laboratório de Robótica Espacial do NRL, e uma Unidade de Prototipo de Vôo. Em 2008, o NRL submeteu com sucesso o protipo a testes ambientais de voo espacial. Apesar destes avanços, encontrar um caso de negócio sustentável para a tecnologia provou ser desafiador. Em resposta, a equipe mudou seu foco para estudos de aplicação detalhados e continuou o desenvolvimento de baixo nível de tecnologias críticas. O maior estudo de aplicação foi o estudo de Manned GEO Servicing, um esforço conjunto NASA- DARPA dirigido pela administração presidencial para promover a colaboração em segurança civil e nacional, com o objetivo de explorar o serviço humano- robô de satélites em órbitas de alta altitude. Com uma equipe de defesa e líderes espaciais civis, incluindo o astronauta da NASA Piers Sellers e os controladores de voo da Estação Espacial Internacional, o estudo solidificou a proposta de valor da robótica autônoma. Em 2012 O DARPA transicionou a tecnologia de volta para pesquisa e maturação de hardware através de um programa de conceito de voo espacial chamado Phoenix.

Engenharia de sistemas, busting de mitos e uma "Noite no Museu" Ao longo do desenvolvimento, os céticos afirmaram que a manutenção robótica era impossível. Os críticos argumentaram que os satélites podem cair muito rápido, podem flutuar ao primeiro contato, que a potência de processamento era muito fraca, ou que a descarga estática entre duas naves espaciais que se aproximam causaria falhas elétricas catastróficas. O engenheiro de sistemas NRL Ìs desmontou sistematicamente estes mitos através de testes rigorosos. Para testar a teoria de que a descarga estática causaria falhas catastróficas, a Divisão de Física Plasmática do NRL simula o ambiente orbital. Simultaneamente, a equipe realizou extensos testes de rolamento de ar e de interferência eletromagnética (EMI) em câmara. Estes ensaios provaram que os braços robóticos poderiam segurar um satélite cliente sem causar a deriva ou interromper suas antenas. Em última análise, os experimentos demonstraram que o sistema prosperou em gravidade zero e que qualquer descarga estática permaneceu negligente e facilmente controlada. . Este teste foi uma parte substancial do trabalho que o NRL fez sob o programa FREND, disse Henshaw. їEm 2007 e 2008, a pilha de algoritmos melhorada e os braços FREND se juntaram para uma série de demos para DARPA. Essas demonstrações mostraram ser o único marco principal no nosso caminho para o voo espacial, abrindo o caminho para o início do programa RSGS.

Engenheiros do NRL também resolveram interações software- hardware incrivelmente complexas. Por exemplo, enquanto um braço robótico se move, as luzes e câmeras montadas nele também se movem. Isto faz com que as sombras no satélite alvo se mudem, exigindo que a visão da máquina se atualize constantemente em tempo real. Além disso, o movimento físico do braço robótico pode induzir movimento nas matrizes solares do satélite, assim a equipe desenvolveu software de voo que poderia corrigir autônomamente para movimento nas matrizes solares do satélite causadas pelo movimento do braço robótico. Para testar sensores de navegação relativos contra reflectores de satélites grandes e finos, a equipe garantiu acesso exclusivo após horas ao Centro Udvar- Hazy do Smithsonian. Durante duas noites consecutivas, a partir de 5: 00 PM para 5: 00 Os engenheiros do AM, do NRL, manipularam e operaram milhões de dólares em câmeras e sensores avançados de voo espacial no hangar escuro do museu, suspendendo- os em torno e acima do Satélite de rastreamento e relevo de dados (TDRS) exibido no Space Shuttle Discovery. Esta "Noite no Museu" deu dados críticos sobre como sensores robóticos percebem estruturas complexas na dura iluminação do espaço. Especialmente com o TDRS Smithsonian Ìs que tem componentes autênticos para a equipe para imagem – hardware que não estava disponível em outra parte. Forjando o futuro com RSGS dentro 2015, DARPA decidiu seguir em frente com o que agora é conhecido como carga útil RSGS. A decisão estabeleceu as áreas de missão principais para o programa RSGS: inspeção ultra- fechada, relocalização orbital do "caminhão de remoção", reparação mecânica da anomalia e atualização de satélites não projetados originalmente para serem atualizados.

Em 2019, DARPA executou uma aquisição competitiva para um parceiro comercial para se juntar à equipe e fornecer uma capacidade de serviço duradoura. Eles selecionaram SpaceLogistics, uma empresa Northrop Grumman, para se juntar à parceria público- privado, combinando a carga útil RSGS financiada pelo governo e espaço Logistics espaço financiado comercialmente, conhecido como o MRV. Uma vez que o veículo limpar o bloco de lançamento, o DARPA transferirá a propriedade da carga útil mobilada para o Northrop Grumman. Após a conclusão das demonstrações iniciais de capacidade em órbita, o DARPA pretende transferir o suporte dos governos dos EUA do programa RSGS para os EUA. Força Espacial para suportar seu portfólio de serviços, mobilidade e logística durante todo o esperado MRV 10 + vida operacional ano. Operando 22,000 Milhas acima da Terra, órbita geossincrônica (GEO) é o que Kelm chama de "Passeio de Board e Parque Lugar do Espaço".. É imobiliário altamente valioso e crítico para monitoramento de segurança nacional, comunicações militares e inúmeras operações comerciais. No entanto, ele também está ficando cheio de naves não tripuladas desativadas. .Atualmente, a indústria projeta satélites para serem completamente confiáveis, com zero espaço para erro ou falha inesperada, durante toda a sua vida útil, disse Henshaw.. Pense nisso como um carro. Se você tivesse que construir um veículo para dirigir 1 milhões de milhas sem um único desfasamento, isso custaria uma fortuna astronômica. Mas não fazemos isso porque podemos facilmente levar nossos carros para um mecânico. Porque essa rede de segurança existe, nossos veículos não precisam ser sobre- projetados para durar para sempre.

Os satélites são tão caros porque eles não têm essa rede de segurança; eles devem ser construídos para sobreviver a essa agotadora ‘ 1 -Viagem de milhões de milhas sozinha. Mas se tivéssemos um mecânico no espaço, poderíamos construir satélites muito mais acessíveis, sem a necessidade de engenharia tão extrema e hiperexquisita. Esta parceria público-privada entre DARPA e SpaceLogistics pretende tornar a intervenção de rotina em órbita uma realidade. O MRV, equipado com braços robotizados dexteros, pode executar tarefas uma vez que se pensa impossível. Ele é projetado para capturar e reparar satélites mais antigos nunca projetados para ser manipulados com segurança. Ele pode realizar ajustes orbitais, encaixando em um satélite cliente para instalar um "jetpack" de propulsão, desenvolvido pela SpaceLogistics como os pods de extensão da missão, para prolongar a sua vida útil. Com a capacidade de transportar ferramentas intercambiáveis para reabastecimento em voo, ele é construído para resolver anomalias mecânicas imprevistas na mosca. O sistema RSGS é construído para a resistência a longo prazo; é projetado para ser reabastecido em órbita através de cápsulas de carga especializadas que fornecem novas ferramentas e hardware conforme necessário. Esta capacidade permite que o robô se adapte a missões de atendimento ao cliente ainda não concebidas. Esta abordagem adaptativa é crucial porque o serviço de satélites legados, cujos nunca foram projetados para serem tocados por mãos robóticas, apresenta a fase mais complexa e desafiadora de serviço em órbita.

Ao habilitar estas operações, o sistema RSGS não só melhora a resiliência da atual infraestrutura espacial dos EUA, mas serve como um precursor de futuras capacidades revolucionárias, como a construção de grandes estruturas diretamente em órbita. À medida que a manutenção por satélite se tornar mais rotina, os futuros veículos espaciais provavelmente serão projetados com atualizações e manutenção em mente, permitindo uma flexibilidade operacional sem precedentes e economias de custos. De um esboço para um lançamento no Cabo Canaveral, o NRL foi pioneiro no próximo passo na revolução da indústria espacial. A carga útil do RSGS no MRV oferece uma capacidade sem precedentes e em constante evolução, limitada apenas pela imaginação dos seus usuários. Sobre os EUA Laboratório de Pesquisa Naval NRL é um comando científico e de engenharia dedicado à pesquisa que impulsiona avanços inovadores para os EUA. Marinha e Corpo Marinho do fundo do mar para o espaço e nos informati.