Modulele triunghiulare autonome ar putea construi viitoarele mega-observatoare spațiale
Companiile private lansează din ce în ce mai multă masă în spațiu cu rachete tot mai mari, însă dimensiunea obiectelor care pot ajunge pe orbită rămâne limitată de capacitatea carenei rachetei. Această constrângere fizică restrânge sever dimensiunile unor structuri precum rețelele de comunicații sau sateliții energetici.
O soluție propusă de cercetători de la Universitatea de Aeronautică și Astronautică din Nanjing și de la Institutul de Tehnologie din Beijing constă într-un modul deployabil care își poate ajusta singur atât poziția, cât și dimensiunile. Rezultatele au fost publicate în revista Space: Science & Technology.
În mod obișnuit, inginerii rezolvă această problemă cu brațe deployabile rulabile – benzi subțiri și rigide din fibră de carbon care se rulează ca un metru de tâmplar și se desfășoară drept în microgravitație. Problema este că aceste sisteme aproape niciodată nu se desfășoară perfect în condiții reale, iar la asamblarea mai multor module, o eroare de câțiva milimetri poate compromite întreaga misiune. Corectarea acestor erori după desfășurarea inițială este esențială.
Sistemul construit de cercetători cuprinde trei capsule hexagonale de colț, conectate prin tije din fibră de carbon. Fiecare capsulă are două componente – o bobină și propulsoare – care permit ansamblului să își ajusteze dimensiunile în timp real. Un motor pas cu pas acționează bobina, astfel încât fiecare modul își poate scurta sau lungi tijele din fibră de carbon la comandă. Aceasta permite nu doar adaptarea la structura pe care urmează să se fixeze, ci și mici ajustări, realizate printr-o buclă de control cu feedback, pentru ca fiecare modul să se încadreze precis în tiparul structural planificat.
Pentru manevrarea ansamblului în poziție sunt folosite propulsoarele. Fiecare capsulă de colț este echipată cu un propulsor cu gaz rece, conectat la un sistem central de control care le utilizează pentru a împinge modulul înainte sau înapoi ori pentru a-l roti astfel încât să corespundă vitezei de rotație a țintei. Odată ce modulele ajung suficient de aproape, forța magnetică preia controlul: magneți permanenți încorporați în fiecare capsulă atrag modulele împreună pe ultimii centimetri.
Pentru a valida teoria, cercetătorii au dezvoltat un cadru matematic care combină colțurile rigide cu brațele flexibile din fibră de carbon și ține cont de variația masei pe măsură ce modulul consumă propergol. Au fost utilizate mai multe tehnici pentru a formula ecuațiile de control dinamic necesare controlării active a modulelor în zbor.
Testarea practică s-a realizat pe un sistem cu rulmenți pneumatici de precizie care alunecă pe o placă de granit, comparabil cu o masă de air hockey. Deasupra mesei a fost instalat un sistem de urmărire cu camere, care monitoriza poziția capsulelor în timp ce propulsoarele le manevrau una spre cealaltă. Aceleași camere transmiteau coordonatele în timp real algoritmului de control, permițând modulelor să își ajusteze poziția din mers.
Această ajustare s-a dovedit crucială pentru conectarea efectivă a modulelor. Fără corecția în timp real, defectele de fabricație și deformările fibrei de carbon făceau ca zăvoarele magnetice să rateze, iar asamblarea eșua. Cu „controlul activ al morfării” activat, controlerele au reușit să reducă erorile de poziționare și lungimea brațelor cu peste 98%, permițând magnetului să se blocheze în poziție.
Rezultatele reprezintă un prim pas spre asamblarea autonomă a structurilor mari pe orbită – în special a unei infrastructuri spațiale modulare care ar putea deveni critică pe măsură ce facem primii pași majori în afara puțului gravitațional al Pământului. În viitor ar putea exista roiuri întregi de module autonome care să asambleze de la platforme energetice până la observatoare în spațiul îndepărtat. Deocamdată, îmbinarea a două piese pe o masă de air hockey de precizie rămâne o realizare pe drumul spre acest obiectiv pe termen lung.
