Mühendisler, fırlatma için jeosenkronize uyduların yükünün yenilikçi robotik servisini hazırlıyor

ABD Deniz Araştırma Laboratuvarı’nın (NRL) Uzay Teknolojisi Deniz Merkezi’ndeki (NCST) mühendisler, Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) Jeosenkronize Uyduların Robotik Servisi (RSGS) programı için robotik yük bileşeni seviyesi testini yakın zamanda tamamladı.

RSGS robotik servis aracı, yörüngeye girdikten sonra yüzlerce uydunun iletişim, hava durumu izleme, ulusal güvenlik görevlerini destekleme ve diğer hayati işlevleri sağladığı Geosenkronize Dünya Yörüngesindeki (GEO) uyduları denetleyecek ve hizmet verecek.

RSGS programı, DARPA ve Northrop Grumman’ın SpaceLogistics yan kuruluşu arasında, NRL’nin robotik hizmet yükünü geliştirmesiyle bir kamu-özel ortaklığıdır.

NCST Uzay Aracı Mühendisliği Bölümü Müfettişi Bernie Kelm, “Bu ortaklık, ticari ve devlet kullanıcılarına görsel teşhis, yükseltmeler, yörünge ayarlaması ve uydu onarımları için devrim niteliğinde hizmet yetenekleri sağlayacak.” Dedi. “Robotik yük geliştiricisi olarak, uydu hizmetinde ulusal yetenekleri geliştirecek bu yenilikçi uzay uçuşu donanım ve yazılım setini tasarladık.”

RSGS yükü, uçuş donanım bileşenlerini, robotik kontrol algoritmalarını, çok sayıda yüksek düzeyde özelleştirilmiş elektronik tasarımı ve beş adet tek kartlı bilgisayarda çalışan uçuş yazılımını içerir. NRL ayrıca kontrol elektroniği, kameralar, ışıklar ve robotik bir takım değiştirici ile donatılan iki hünerli yedi serbestlik dereceli robotik kol belirledi ve tedarik etti.

Ek olarak, NRL, standart fırlatma aracı arayüzü aracılığıyla müşteri uydularını yakalamak için robotik aracı geliştirdi ve DARPA’nın Yük Yörünge Teslimatı (POD) tasarım standardı ile uyumlu ikmal öğelerini yakalamak için başka bir araç tedarik etti.

NRL’nin RSGS program yöneticisi William Vincent, “NCST mühendislerinden oluşan çeşitli ekibimiz, çabalarını son yedi yıldır RSGS Programı için robotik yüke odakladı” dedi. “Robotik Yük, NRL’nin şimdiye kadarki en karmaşık yük geliştirmelerinden biridir.”

NRL mühendisleri, tüm sensörleri ve aktüatörleri sağlam ve yedekli bir şekilde kontrol etmek için uzun süreli bir görevi desteklemek için dağıtılmış bir SpaceWire ağı üzerinde çalışan çoklu güç ve kontrol aviyonikleri geliştirdi. NRL, robotik faaliyetler sırasında durumsal farkındalık sağlamak için LED aydınlatma üniteleri tasarlamanın yanı sıra pankromatik ve renkli kameralar satın aldı.

Vincent, “Algoritma ekibimiz, robotik kontrolü destekleyen ve otonom kıskaç yeteneklerini etkinleştiren makine görüşü, konum kontrolü, çarpışmadan kaçınma ve uyumluluk kontrol algoritmaları geliştirdi.” Dedi. “Algoritmalar, faydalı yük için tüm komut ve kontrol işlevselliğini sağlayan ve uzay aracı veriyoluna kontrol arayüzleri sağlayan uçuş yazılımında uygulanmaktadır.”

Robotik hareketler, güvenli uzay aracı operasyonlarını sağlamak için özel planlama gerektirir. NRL, tam da bunu başarmak için Entegre Robotik İş İstasyonunu (IRW) geliştirdi. IRW, yeni görev faaliyetlerinin geliştirilmesi için görev planlamasını destekler. Bir görev planlandığında, IRW, komut yüklerini gönderilmeden önce doğrulamak için bir faydalı yük simülatöründeki tüm robotik hareket komutlarını önceden taramak için tarama faaliyetlerini destekler.

Son olarak, NRL’nin Neptune yer kontrol yazılımını kullanan IRW, operasyonlar sırasında tüm robotik faydalı yük aktivitelerine komut verir ve faydalı yük telemetrisini görüntüler ve trendler. Bu çabayı yürütmek için yetenekli bir sistem mühendisliği ekibi, sistem analizleri yapmak, gereksinimleri ve arayüzleri belgelemek ve sağlam bir doğrulama ve doğrulama planı oluşturmak için yıllarını harcadı.

Vincent, “Mühendisler, sistemin bileşen, alt sistem ve yük seviyesi testi için bir araya geldiğinde tüm gereksinimleri karşıladığından emin olmak için entegrasyon ve test ekipleriyle yakın çalıştı.” Dedi. “Tamamlandığında, robotik yük, öngörülen çok çeşitli görevleri ve henüz hayal edilmemiş gelecekteki görevleri mümkün kılacak.”

RSGS ekibi kısa süre önce iki uçuş robotik kol sisteminin ilkinin çevresel testini tamamladı. Bu, NRL’nin titreşim laboratuvarında fırlatma ortamını simüle etmeyi, NRL’nin termal vakum (TVAC) Odasında hem vakum hem de aşırı sıcaklık aralıklarını simüle etmeyi ve EMI oda testinde elektromanyetik girişim (EMI) işlevselliğini sağlamayı içeriyordu.

TVAC testi sırasında robotik kol sistemi, yörüngedeki gerçek koşulları temsil eden sıcaklıkların üzerinde performans gösterdi. Alanın zorlu sıcaklık ve vakum koşulları altında, robot kolu, önceden planlanmış robotik kalibrasyon hareketlerini çalıştırma, alet çalıştırma ve kamera ve ışık işlevleri dahil olmak üzere çeşitli işlemler gerçekleştirdi.

İkinci robotik kol sistemi, tüm uçuş aviyonik paketine sahip ayrı bir test yatağı ile entegre edilmiştir. Şu anda hareket performansı testinden geçiyor.

Bu sonbaharda, ikinci kol sistemi çevresel testleri tamamlayacak. NRL’nin Uzay Robotik Laboratuvarı’ndaki Robotik Test Ortamında (RTB) robotik algoritmaların işlevini göstermek ve doğrulamak için robotik performans testleri devam etmektedir. RTB, uçuş robotik kol sisteminin uzay uçuşu olmayan bir versiyonundan ve uçuş yazılımı çalıştıran aviyonik donanımdan oluşur. Bu yüksek kaliteli robotik test yatağı, RSGS yükü için birçok sistem düzeyinde robotik performans özelliğinin zemin doğrulamasını sağlar.

Uyumluluk Kontrolü algoritma karakterizasyonu ve Marman Ring Detector algoritma performans karakterizasyonu tamamlandı. Ağırlığı 75-3.000 kg (165-6,613 libre) arasında değişen müşteri uzay araçlarına temas eden kolu simüle etmek için ince bir hava tabakası üzerinde yüzen bir kızak kullanan RTB’de temas dinamiği testi devam etmektedir. Kıskaç, artikülasyon ve serbest bırakma testinin bu yaz sonunda yapılması planlanıyor.

Uçuş yazılım ekibi yeterlilik testine başlamaya hazırlanıyor. Test, robotik kontrol algoritmaları için simüle edilmiş robot kolu poz girdileri ve yapay görme algoritmalarına girdi için dinamik görüntüler üreten gerçek zamanlı dinamik simülasyonlu bir yazılım test ortamında gerçekleşir. Bu test yatağı, NRL ekibinin, fırlatmadan önce sistemi tamamen doğrulamak için gerçekçi kontrol döngüleriyle uçuş algoritmalarını test etmesine olanak tanır.

NRL’nin Baş Sistem Mühendisi Amy Hurley, “RSGS’nin gerektirdiği sistem mühendisliği ve doğrulama çalışmaları kapsamlıdır.” Dedi. “Yıllarca süren sistem mühendisliği ile güçlü bir doğrulama ve doğrulama planının başarılı bir şekilde bir araya geldiğini görmek harika.”