Polska firma PIAP Space, lider w dziedzinie robotyki kosmicznej, zakończyła projekt ORBITA, którego celem jest zwiększenie użyteczności i efektywności obsługi satelitów przez wprowadzenie chwytaków przeznaczonych do użycia na manipulatorach robotycznych na orbicie. Zaproponowane w ramach programu rozwiązanie umożliwi prowadzenie regularnych misji konserwacyjnych i naprawczych w trudnym środowisku kosmicznym. To klucz do oszczędności i szansa przedłużania czasu działania satelitów albo strącania z orbity kosmicznych śmieci. Jak mówi RMF FM kierownik projektu ORBITA Andrzej Jakubiec, PIAP Space uczestniczy w finansowanym przez Komisję Europejską projekcie EROSS IOD, który w 2027 roku ma pokazać możliwości serwisowe na orbicie. Istotną rolę będzie miał do wykonania opracowany przez Polaków chwytak LARIS.
Grzegorz Jasiński: Na początek pytanie o to, co to jest program ORBITA?
Andrzej Jakubiec: ORBITA to jest program, projekt rozwijany w firmie PIAP Space. Byłem kierownikiem tego projektu, współfinansowanego ze środków Narodowego Centrum Badań i Rozwoju. Głównym celem tego projektu było rozwijanie technologii do serwisowania satelitów na orbicie. Tutaj skupiliśmy się na rozwijaniu kilku technologii. Tak na dobrą sprawę były to chwytaki, był to czujnik momentów i sił oraz systemy wizyjne.
To jest takie marzenie przemysłu kosmicznego, żeby można było na orbicie dokonać jakichś napraw. Ale zacznijmy może od tego, co nie było przedmiotem państwa pracy. To, co państwo przygotowujecie, ma na czymś polecieć i ma w jakiś sposób dotrzeć do tego satelity. To muszą być jakieś inne satelity, które będą mogły znaleźć się bezpośrednio w pobliżu tych, które mają być naprawiane, a potem z pomocą państwa urządzeń dokonać tej naprawy. Czy dobrze rozumiem?
Jak najbardziej. My rozwijaliśmy same technologie, które już będą uczestniczyły w operacji przechwytywania i ewentualnych napraw, czy jakichś akcji serwisowych z satelitą klientem. Natomiast one będą zamontowane na - jak to nazywamy - serwiserze. To satelita serwisujący, dedykowany do tego, wyposażony np. w ramię robotyczne. Taki serwiser jest oczywiście wynoszony na orbitę, na której ten nasz klient stacjonuje. I tutaj zaczyna się cała zabawa. Idea jest taka, żeby docelowo te systemy działały autonomicznie, czyli bez ingerencji człowieka. Czyli docelowo taki serwiser musi sobie tego swojego klienta znaleźć, dotrzeć do niego na bezpieczną odległość.
Przechwycić go?
Dokładnie. Obecnie satelity, które stacjonują na orbitach, nie były przewidziane do tego, żeby można było na nich dokonywać jakichś operacji. To utrudnia całe zadanie. Żeby złapać takiego satelitę, czyli ten nasz "target", trzeba wykorzystać tzw. LAR, czyli Launch Adapter Ring. To jest taki interfejs mechaniczny, który służył do montowania satelity, kiedy on był wystrzeliwany na orbitę. I z uwagi na to, że jest to struktura dość wytrzymała, będziemy starali się właśnie za nią złapać tymi naszymi chwytakami.
Ale te państwa chwytaki mają się zająć jakby dwoma zadaniami - złapać i przechwycić satelitę, a potem dokonywać tych napraw i to przy pomocy wielu różnych narzędzi. Czy to ma być taki trochę "Swiss Army Knife" tylko w wersji kosmicznej?
Dokładnie tak. Jeden z chwytaków, który rozwijaliśmy, nazwaliśmy LARiS. Jest dedykowany do tego, żeby złapać ten nasz "target" za LAR. Natomiast drugi chwytak, nazwaliśmy go MULTIS, jest takim narzędziem wielofunkcyjnym. Czyli możemy tutaj np. coś odkręcić, dokręcić, ma możliwość chwytania dedykowanych narzędzi, które mogą posłużyć właśnie do wszelkiego rodzaju napraw na orbicie. Jeżeli byśmy chcieli np. wymienić jakiś moduł, czyli złapać za ten moduł, wyciągnąć go i np. zamontować nowy.
Jak rozumiem, takim narzędziem może być np. śrubokręt, czy jakiś - nie wiem - przecinak? Jak sobie to można wyobrazić?
Tak. To, co rozwijaliśmy w projekcie, jeden z pomysłów to jest po prostu taki śrubokręt z odpowiednią wymienną końcówką. Często satelity są pokryte takim - można sobie wyobrazić - kocem, złotym kocem. To się nazywa Mylar.
Trochę przypomina to folię NRC.
Dokładnie. Nawet kolor jest bardzo podobny. Natomiast z uwagi na pełnioną funkcję, czyli termoizolację, ona jest dosyć wytrzymała. W związku z tym np. dostanie się do podzespołów takiego satelity może być przez to utrudnione. Można sobie więc wyobrazić, że byśmy chcieli, by ten nasz chwytak Multis mógł trzymać jakieś narzędzie, na przykład właśnie przecinak, który by tę folię przeciął i dzięki temu moglibyśmy się dostać do innych podzespołów takiego satelity.
Zawsze w takich wypadkach przychodzi nam do głowy niejeden raz obserwowany przypadek zgubienia narzędzi na orbicie. To wszyscy bardzo lubimy oglądać. Astronauci z całą pewnością nie. I z całą pewnością państwo musicie myśleć o tym, żeby te narzędzia nie tylko być w stanie założyć, ale potem odłożyć w odpowiednie miejsce, tak, żeby się nie rozlatywały po orbicie.
Absolutnie trzeba pilnować tego, żeby nie nastąpiło zgubienie jakichś elementów. Ale nie tylko. Zgubienie elementów to już by był poważny problem, ale sam sprzęt też nie może powodować emisji żadnych skrawków czy jakichś opiłków. To wszystko jest więc testowane pod tym względem. Natomiast jeżeli chodzi o te narzędzia, no to można wyobrazić sobie, że one mają swoje specjalistyczne uchwyty, z których są podejmowane i jeszcze dodatkowo jakieś zabezpieczenia. Chodzi o to, że gdyby się wydarzyła jakaś awaria i załóżmy ten chwytak źle by coś chwycił, no to elementy nie odlecą i później nie będą latały gdzieś tam na orbicie. Wiadomo, że już w tym momencie te orbity są bardzo zaśmiecone. I tu też jest kolejna idea, czyli to tzw. sustainability, czyli chcemy z jednej strony w przypadku satelitów, które latają, przedłużyć ich żywotność. Często jest tak, że po długim okresie użytkowania one zużywają paliwo, no i stają się jakby bezużyteczne. W związku z tym tutaj idea jest taka, że moglibyśmy podlecieć do takiego satelity i przenieść go na jakąś inną orbitę lub jeżeli mamy jakieś kosmiczne śmieci, albo satelity, z którymi już nic się nie da zrobić, to możemy dokonać takiej deorbitacji, czyli zrzucić go z orbity po to, żeby on później już w bezpieczny i kontrolowany sposób spalił się w ziemskiej atmosferze.
Te chwytaki do narzędzi będą wykorzystywać jakiś efekt magnetyczny, czy na wszelki wypadek będą tam jakieś pętelki, na których to będzie wisieć?
Tak, można sobie wyobrazić jakiegoś rodzaju, na przykład, pętelki.
Program ORBITA się kończy. Natomiast teraz przychodzi pytanie o to, jakie są szanse, że to rozwiązanie trafi na faktyczną orbitę, czyli zostanie wykorzystane. Co będzie dalej?
Absolutnie tak. Projekt ORBITA zakończył się w zasadzie na przełomie roku. Natomiast firma PIAP Space jest bardzo zaangażowana w różnego rodzaju inne projekty. Jednym z takich flagowych projektów jest projekt EROSS IOD, finansowany przez Komisję Europejską. Tu należymy do takiego dużego konsorcjum z potężnymi firmami z branży, np. Tales Alenia z Francji, DLR z Niemiec. Tutaj jest bardzo ambitny cel, aby zaprezentować w ogóle takie możliwości serwisowe. Misja jest zaplanowana na początek 2027 roku. I tutaj główną rolę gra chwytak LARiS, czyli będziemy odpowiedzialni za przechwycenie tego satelity. Z uwagi na to, że będzie to misja demonstracyjna, z Ziemi wystartuje jednocześnie i serwiser, i ten "target". I na orbicie jest planowana taka właśnie demonstracja kontrolowana całej tej operacji serwisowania, czyli z jednej strony dotarcie do "targetu", przechwycenie go i różne operacje, na przykład wymiana modułu. To miałoby pokazać te zdolności jakiejś operacji na takim kliencie.
Czyli rozumiem, że państwo byście byli odpowiedzialni za przechwycenie satelity, a już dłubaniem przy nim zajęłaby się jakaś konkurencja, tak?
Tutaj w tym wypadku pomysł jest taki, by na ramieniu DLR, czyli Cezar, zamontować nasz chwytak. Byłby przy tym zamocowany przy pomocy takiego interfejsu, który by miał możliwość odłączania tego chwytaka. Czyli po przechwyceniu i przyciągnięciu już satelity nasz chwytak zostałby jakby odłączony od ramienia. Wtedy to ramię mogłoby wykonywać inne czynności. No i właśnie tu jest pomysł, żeby taki moduł przy użyciu tego interfejsu z tego serwisera przymocować do do tego "targetu", do klienta.
No to trzymamy kciuki. Rok 2027. W drodze w kosmos czas płynie bardzo szybko, w związku z tym to już niedługo. Życzymy powodzenia.
W ramach projektu ORBITA, PIAP Space opracował cztery główne produkty: MULTIS (Wielofunkcyjny Chwytak Robotyczny - Robotic Multipurpose Gripper), chwytak LARIS (Launch Adapter Ring Gripper), czujnik siły i momentu obrotowego FORTIS (Force and Torque Sensor) oraz algorytm Wizyjnego Systemu Zbliżeniowego (Close Range Vision System). Podstawowy element projektu, czyli MULTIS, integruje dwa główne podsystemy: Moduł Obrotowy 360° oraz Moduł Chwytaka z wymienną zdolnością narzędziową. Po przechwyceniu satelity, MULTIS będzie miał za zadanie wykonać wiele czynności wymagających precyzji, a użycie kilku wymiennych narzędzi pozwoli idealnie dopasować się do sytuacji, w której znajdzie się ramię robotyczne.
MULTIS został zaprojektowany do niezwykle ostrożnego obchodzenia się z satelitami, co jest niezbędne do regularnej konserwacji i napraw w trudnych warunkach kosmicznych. Jego zdolność do zmiany narzędzi pozwala na wykonywanie krytycznych zadań montażowych i rutynowych inspekcji, zapewniając, że wszystkie elementy satelity pozostają bezpieczne i funkcjonalne. Dzięki swojej wszechstronności MULTIS może znaleźć zastosowanie nie tylko na orbicie, ale także w misjach planetarnych, do takich zadań, jak zbieranie próbek regolitu na powierzchni innych planet czy Księżyca. Jego zdolność do precyzyjnego obracania i manipulowania różnymi instrumentami może okazać się też nieoceniona podczas montażu lub naprawy sprzętu na powierzchni planet, gdzie warunki mogą być nieprzewidywalne.
Chwytak LARIS może działać jako końcówka zamontowana na ramieniu lub jako oddzielny mechanizm zaciskowy. Dzięki niskiej wadze, dużej powierzchni chwytającej, wielu czujnikom i zdolności do wytrzymywania znacznych obciążeń, jest uniwersalnym narzędziem. Z kolei FORTIS jest lekkim, kompaktowym czujnikiem mierzącym siłę i momenty obrotowe z dużą precyzją. Dzięki własnemu zasilaniu może być umieszczony między chwytakiem a ramieniem robota, dostarczając cenne dla misji dane. Jednocześnie algorytm Systemu Wizyjnego Zbliżeniowego umożliwia w pełni autonomiczny ruch ramienia robota w ostatniej fazie przechwytywania satelity.
Jak informuje PIAP Space, firma rozwija rozwiązania robotyczne dla branży kosmicznej od 2017 roku. Między innymi w 2022 roku, w ramach wspólnego projektu agencji NASA i ESA, inżynierowie firmy zbudowali prototyp podwozia dla Sample Fetch Rover (SFR) w ramach misji Mars Sample Return, ukierunkowanej na dostarczenie skał z Czerwonej Planety. SFR został zaprojektowany do zbierania i transportowania próbek skał i marsjańskiej gleby do zasobnika rakiety powrotnej. Firma jest także głównym wykonawcą dla Europejskiej Agencji Kosmicznej w projekcie zaawansowanego ramienia robotycznego TITAN, dedykowanego precyzyjnym operacjom orbitalnym. Niedawno ogłosiła, że jej prototypowy model ramienia robota jest testowany na potrzeby wdrożenia w projekt lądowników ESA ARGONAUT, gdzie będzie odpowiadał za bezpieczny transport ładunku z lądownika na powierzchnię Księżyca. Umożliwi to ESA realizację zadań, takich jak misje załogowe, transport aparatury i materiałów wraz z wyładunkiem oraz autonomiczną eksplorację Księżyca.