Время экипажа — ценный ресурс на Международной космической станции, и его ценность для будущих космических миссий только возрастает. Одним из способов максимально эффективно использовать время экипажа является использование роботизированных технологий либо для помощи членам экипажа в выполнении различных задач, либо для полной автоматизации других. Текущее исследование космической станции JEM Internal Ball Camera 2 является частью продолжающихся усилий по разработке этой технологии. Свободно плавающая панорамная камера с дистанционным управлением была запущена на космическую станцию в 2018 году, и это исследование JAXA (Японское агентство аэрокосмических исследований) демонстрирует использование камеры для автономной съемки видео и фотографий исследовательской деятельности. В настоящее время членам экипажа отведено время для видео- и фотосъемки научной деятельности, что является важным инструментом для исследователей. Успешная демонстрация технологии автономного захвата в конечном итоге может высвободить время экипажа. Расследование также послужит тестовой платформой для других задач, которые могут выполнять роботы.
Три свободно летающих робота на космической станции, известные как Astrobees, поддерживают многочисленные демонстрации технологий для различных типов роботизированной помощи в миссиях по исследованию космоса и на Земле. Результаты этих исследований способствуют совершенствованию робототехнических технологий и их потенциала. Миссия SoundSee демонстрирует использование звука для мониторинга оборудования на космическом корабле с помощью датчика, установленного на Astrobee. Датчик обнаруживает аномалии в звуках, издаваемых системами жизнеобеспечения, тренажерами и другой инфраструктурой. Звуковые аномалии могут указывать на возможные неисправности. Предварительные результаты этого исследования подчеркнули разницу между моделированием и космическими экспериментами и отметили, что небольшие изменения в моделируемой среде могут аппроксимировать различия в ожидаемых и наблюдаемых значениях в целевой среде. Исследование также помогает охарактеризовать источники звука в постоянно меняющемся акустическом ландшафте космической станции, что может повлиять на будущее использование этой технологии.
Разработка роботов для перемещения по поверхности Луны или Марса представляет собой особую задачу. Ландшафт может быть неровным и неровным, что потребует от робота трудоемких объездов, а толстый реголит или пыль могут застрять в роботе и сжечь много топлива. Одним из возможных решений является то, что роботы будут прыгать по таким ландшафтам. В расследовании Astrobatics Astrobees используются для демонстрации движения посредством прыжков или самобросков с использованием манипуляторов, похожих на руки. Этот подход может расширить возможности роботизированных транспортных средств для решения таких задач, как помощь экипажам в работе внутри или вне корабля, обслуживание оборудования, удаление орбитального мусора, проведение сборки на орбите и исследования. Результаты показывают, что маневры с самоброском имеют больший диапазон движения и обеспечивают большее смещение от исходного положения. В ходе исследования Gecko-Inspired Adhesive Grasping клей был протестирован для роботизированного захвата и манипулирования с использованием специального захвата на Astrobee.
Гекконы — это тип ящериц, которые могут хвататься за гладкую поверхность, не нуждаясь в таких особенностях, как зазубрины и выступы, чтобы за них держаться. Клеевые захваты, вдохновленные этими рептилиями, уже доказавшие свою эффективность в космосе, могут позволить роботам быстро прикрепляться к поверхностям и отсоединяться от них, даже на объектах, которые движутся или вращаются. Исследователи сообщают, что клеи действовали так, как и ожидалось, и предложили некоторые соображения по поводу их будущего использования, в том числе создание резервных клеевых плиток и обеспечение полного клеевого контакта в условиях микрогравитации. Кроме того, на роботах, используемых для работы внутри корабля или выхода в открытый космос, захваты Gecko должны быть способны поглощать кинетическую энергию и компенсировать смещение. Захватам также необходимы датчики, которые будут определять, когда все плитки соприкасаются с поверхностью, чтобы можно было приложить натяжение в нужный момент.
К космическому мусору относятся спутники, которые можно отремонтировать или вывести с орбиты. Многие из этих объектов кувыркаются, что затрудняет сближение и стыковку с ними. В ходе расследования ROAM Astrobees использовалась для демонстрации технологии наблюдения за тем, как падает цель, и использования этой информации для планирования способов безопасного достижения ее. Результаты моделирования подтвердили точность метода до начала эксперимента. Предыдущая роботизированная технология SPHERES использовала сферические спутники размером с шар для боулинга для тестирования групповых полетов и алгоритмов управления несколькими космическими кораблями, а также для проведения исследований в области физики и материаловедения. В одном из этих исследований проверялись автономные маневры сближения и стыковки. Технология смогла справиться со все более сложными сценариями, которые добавляли статические и движущиеся препятствия. Конструкция более раннего робота, испытанного на космической станции «Робонавт», напоминала человека.
У него было туловище, руки с человеческими руками, голова и ноги с концевыми эффекторами, которые позволяли ему передвигаться внутри космической станции. Находясь на станции, Робонавт щелкал выключателями, снимал пылезащитные чехлы и чистил поручни. Расследование ISAAC объединило «Робонавтов» и «Астроби», чтобы продемонстрировать технологию отслеживания состояния исследовательских транспортных средств, перемещения и распаковки грузов, а также реагирования на такие проблемы, как утечки и пожары. Второй этап испытаний на борту станции сосредоточен на управлении несколькими роботами при транспортировке грузов между беспилотной космической станцией и посещающими грузовыми кораблями. На третьем и последнем этапе тестирования команда создаст более сложные сценарии неисправностей для роботов и разработает надежные методы реагирования на аномалии. Эти и другие робототехнические исследования будут способствовать успеху будущих миссий, в которых роботы смогут помогать членам экипажа в выполнении различных задач, высвобождая их время и снижая риски работы за пределами космических кораблей и мест обитания. Роботы-помощники также имеют важное применение в суровых и опасных условиях на Земле.
