GÖMBEK - SPHERES

GÖMBEK az ISS fedélzetén

A szinkronizált pozíció Tartás Engage és Reorient kísérleti műhold (gömbök) egy sor miniatürizált műholdak által kifejlesztett MIT „s Space Systems Laboratory NASA és az amerikai katonai, hogy kell használni, mint egy alacsony kockázatú, bővíthető próbának fejlesztésére metrológiai , formációs repülés, találkozó , dokkolás és autonómia algoritmusok, amelyek kritikusak a jövőbeli űrmisszióknál, amelyek elosztott űrhajó -architektúrát használnak, mint például a Terrestrial Planet Finder és az Orbital Express .

Minden SPHERES műhold 18 oldalas poliéder , tömege körülbelül 4,1 kg, átmérője körülbelül 21 cm. Ezeket fel lehet használni a Nemzetközi Űrállomásra , valamint a földi laboratóriumokban, de nem a légüres térben . Az akkumulátorral működő, önálló egységek félig önállóan működhetnek, CO2-alapú hideggáz-hajtókarokkal a mozgáshoz és egy sor ultrahangos jelzőfénnyel a tájékozódáshoz. A műholdak vezeték nélkül kommunikálhatnak egymással és egy vezérlőállomással. A műholdak beépített tulajdonságai bővíthetőek egy bővítőport segítségével.

2006 -tól három SPHERES egységet használnak a Nemzetközi Űrállomáson különféle kísérletekhez. A SPHERES Guest Scientist Program lehetővé teszi a tudósok számára, hogy új tudományos kísérleteket végezzenek a SPHERES egységek segítségével, a Zero Robotics Program pedig lehetővé teszi a diákok számára, hogy részt vegyenek az éves versenyeken, amelyek a SPHERES egységek vezérlésére szolgáló szoftver kifejlesztését foglalják magukban.

A SPHERES program várhatóan 2017 -ig, és esetleg tovább folytatódik.

A SPHERES projekt egy újabb, Astrobee nevű projekthez vezetett .

Fejlődés

Az MIT hallgatói tesztelik a SPHERES műholdakat a NASA csökkentett gravitációs repülőgépén.
Az MIT hallgatói tesztelik a SPHERES műholdakat a NASA csökkentett gravitációs repülőgépén.

A SPHERES kezdeti fejlesztését 1999 -ben kezdte meg a Massachusetts Institute of Technology hallgatóiból álló csapata , egy űrhajózási mérnöki program részeként. A műhold koncepciója akkor született meg, amikor David Miller professzor kihívta a diákokat, hogy dolgozzanak ki egy olyan eszközt, amely hasonló a harci kiképzés távvezérlőjéhez, amelyet az 1977 -es Star Wars Episode IV: A New Hope című filmben, és újabban a Star Wars: Episode II - Attack of Klónok . A program során számos prototípust fejlesztettek ki, amelyeket földi laboratóriumokban és parabolikus repüléseken teszteltek a NASA csökkentett gravitációs repülőgépeivel .

A kezdeti fejlesztés után a SPHERES programot az MIT Space Systems Laboratory vette át. Az Aurora Flight Sciences- szel együttműködve finomították a tervezést, és hat, repülésre kész műholdat építettek, amelyek közül hármat a Nemzetközi Űrállomásra szállítottak.

A SPHERES projektet elsősorban a Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) finanszírozza .

Specifikációk

Szerkezet és fizikai jellemzők

SPHERES műhold műanyag héj nélkül. Látható az alumínium szerkezet, a vezérlőpult, az ultrahangos érzékelők, a tolóerők, a nyomásszabályozó gomb és a nyomásmérő.
SPHERES műhold műanyag héj nélkül. Látható az alumínium szerkezet, a vezérlőpult, az ultrahangos érzékelők, a tolóerők, a nyomásszabályozó gomb és a nyomásmérő.

Minden SPHERES műhold 18 oldalas poliéderhez hasonlít . A műhold alumínium szerkezete félig átlátszó műanyag héjba van zárva. A héj vörös, kék, narancssárga vagy fekete színű, hogy megkönnyítse az azonosítást. A Nemzetközi Űrállomás három műholdja piros, kék és narancssárga. Minden egység maximális átmérője 22,9 cm, tömege 4,16 kg, a fogyóeszközökkel együtt.

Feldolgozás és kommunikáció

A fedélzeti számítógép egy 167 MHz -en futó Texas Instruments C6701 DSP. A repülési szoftver és a kísérletekkel kapcsolatos utasítások C programozási nyelven íródtak .

A műholdak képesek kommunikálni egymással 916,5 MHz, 16 kbit/s rádiókapcsolat segítségével. A kommunikáció a vezérlőállomással (laptop számítógéppel) 868,35 MHz, 16 kbit/s rádiókapcsolat segítségével történik. A SPHERES műholdak képesek csatlakozni a Nemzetközi Űrállomás fedélzeti Wi-Fi hálózatához nagyobb adatátviteli sávszélességet igénylő feladatokhoz.

Érzékelők és navigáció

A SPHERES műholdak 23 fedélzeti ultrahangos vevő (Murata MA40S4R) és 5 külső ultrahangos referenciajelző segítségével határozzák meg helyzetüket és hozzáállásukat. A külső jelzőfényektől a fedélzeti vevőkig tartó ultrahangos repülési időméréseket használják a műhold helyzetének kiszámításához a külső referenciakerethez képest.

A helyzet gyors meghatározásához az ultrahangos repülési idő információkat kiegészítik a fedélzeti gyorsulásmérők (3x Honeywell QA-750 egytengelyes gyorsulásmérők) és a giroszkópok (3x Systron Donner QRS14 egytengelyes sebességű giroszkópok) adataival.

Teljesítmény és működtetés

A SPHERES műholdak táplálása két nem újratölthető 12 V-os akkumulátorral történik. Mindegyik akkumulátor nyolc darab 1,5 V-os AA elemcellából áll , amelyek sorba hegesztve vannak.

A műholdak képesek a mikrogravitációs környezetben 6 szabadságfokú fordításra , tizenkét hideggázzal működő hajtóművet használva, amelyek hajtóanyagként folyékony CO2- t használnak . A folyékony CO2-t egy kis fedélzeti edényben tárolják, hasonlóan a paintball fegyverekhez. A CO2 gáz halmazállapotúvá alakul, mielőtt a hajtóműveken keresztül kilökik a meghajtáshoz. A kívánt tolóerőt a tolóerő mágnesszelepek impulzus modulációjával érik el.

A műholdak maximális lineáris gyorsulása 0,17 m/s2, 0,5 cm pontossággal. A maximális szöggyorsulás 3,5 rad/s2, 2,5 fokos pontossággal.

Tesztelő és támogató létesítmények

A SPHERES program a NASA Ames kutatóközpontjában található támogató létesítményeket használja .

3 DoF Laboratórium

A 3 DoF laboratóriumban egy SPHERES műhold egy légkocsira van felszerelve. Látható két folyékony CO2 -tartály, amelyeket a légkocsi használ.
A 3 DoF laboratóriumban egy SPHERES műhold egy légkocsira van felszerelve.

A 3 DoF laboratórium lehetővé teszi akár három SPHERES műhold egyidejű tesztelését sík, szinte súrlódásmentes gránitfelületen. A műholdakat légkocsikra szerelik fel - olyan állványokra, amelyek CO2 -áramot bocsátanak ki, hogy légpárnát hozzanak létre - lehetővé téve az egységek X és Y tengelyre történő fordítását, és Z tengelyes forgatását.

MicroGravity Test Facility (MGTF)

A MicroGravity Test Facility (MGTF) megkönnyíti egyetlen mobil SPHERES műhold tesztelését, hat szabadságfok használatával. Ebben az egységet egy 3 DoF -os kardán tartja, amelyet egy 3 DoF -es fordítódaru felfüggeszt. A laboratórium képes öt navigációs referenciakeretet biztosítani hasonló konfigurációban, mint a Nemzetközi Űrállomáson, öt ultrahangos jelzőfény segítségével, és a hideggázhajtóművek kimenetét elemzik, hogy szimulálják a várható mozgást mikrogravitációs környezetben.

Repülőszerelő Laboratórium

A Flight Assembly Laboratory a SPHERES egységek által használt fogyóeszközök - akkumulátorok és folyékony CO2 -tartályok - előkészítésére és tesztelésére szolgál.

Az akkumulátorok egyes celláit tesztelik, sorba hegesztik, és újra tesztelik csomagként. Az akkumulátorokat használat után el kell dobni.

Az elhasznált CO2-tartályokat a Flight Assembly Laboratory-ba viszik vissza újratöltés és biztonsági tesztelés előtt, mielőtt visszarepítenék a Nemzetközi Űrállomásra.

Szállítás a Nemzetközi Űrállomásra

A SPHERES műholdak Nemzetközi Űrállomásra történő szállítását eredetileg 2003 -ra tervezték. A Columbia űrsikló 2003 februári elvesztése miatt azonban a szállítás csak 2006 -ban történt meg.

Az első SPHERES egységet a Progress M-56 (ISS-21P) pilóta nélküli utánpótlási misszió szállította az ISS - hez 2006 áprilisában. A második egységet az STS-121 űrsikló szállította 2006 júliusában. A végső egységet az Az STS-116 űrsikló misszió 2006 decemberében.

A SPHERES kísérlet a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén 2006. május 18 -án kezdődött.

Kísérletek

SmartSPHERES

Okostelefonnal felszerelt SPHERES műhold.
Okostelefonnal felszerelt SPHERES műhold.

A SmartSPHERES kísérlet a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén lévő három SPHERES műholdat felszerelte Nexus S okostelefonokkal , amelyeket az STS-135 űrsikló küldetésen keresztül szállítottak . Minden műholdat továbbfejlesztett a feldolgozási teljesítmény, a vezeték nélküli hálózat, a kamera, az érzékelők és a csatlakoztatott okostelefon érintésérzékeny kijelzője. Az Android operációs rendszer forráskódjának elérhetősége lehetővé tette az eszközök kompakt, olcsó, alacsony fogyasztású számítógépekként való használatát.

A kísérlet tanulmányozza a SPHERES műholdak használatát autonóm és távvezérelt környezeti és készletfelmérések elvégzésére az Űrállomás fedélzetén, azzal a céllal, hogy csökkentsék az űrhajós rutinfeladatokra fordított idejét. A megszerzett ismeretek elősegítik a jövőbeli űrjárművek kifejlesztését is, amelyek kivételes tevékenységeket végezhetnek , és segítik az űrhajósokat feladataik elvégzésében.

A SmartSPHERES kísérletet az Ames Kutatóközpont Intelligens Robotika Csoportja irányítja, a NASA kutatási rendszerei missziós igazgatóságának Engedélyező technológiafejlesztési és demonstrációs programjának finanszírozásával.

SPHERES-VERTIGO

A SPHERES műhold kiegészítő VERTIGO szemüveggel van felszerelve.
A SPHERES műhold kiegészítő VERTIGO szemüveggel van felszerelve.

A SPHERES-VERTIGO (SPHERES-Visual Estimation and Relative Tracking for Inspection of Generic Objects) kísérlet célja olyan szoftverek és hardverek kifejlesztése, amelyek számítógépes látás segítségével háromdimenziós térképeket tudnak előállítani az együttműködő vagy nem együttműködő objektumokról , és kizárólag az ilyen objektumokhoz viszonyítva navigálhatnak a létrehozott térképekre való hivatkozással.

A kísérlet részeként új szimultán lokalizációs és térképészeti (SLAM) algoritmusokat fejlesztenek ki és tesztelnek.

A SPHERES-VERTIGO kísérlet megkönnyítése érdekében az ISS fedélzetén lévő minden SPHERES műhold fel van szerelve egy kiegészítő "szemüveggel"-egy eszközzel, amely a SPHERES-hez csatlakozik a bővítőport segítségével, és sztereó kamerát, ultrahangos érzékelőket, egy fedélzeti számítógépet, magas -sebességű kommunikációs lehetőségek és akkumulátorok.

A kifejlesztett technológiákat a jövőbeli autonóm űrjárművekben fogják használni, amelyek önmagukban vagy csoportosan is képesek aszteroidák feltérképezésére , a lebukó műholdak vagy a pályán kívüli űrszemét ellenőrzésére .

A kísérlet a DARPA által finanszírozott SPHERES integrált kutatási kísérletek (InSPIRE) program része .

DOD gömb-gyűrűk

Két, a RINGS kiegészítőkkel rendelkező SPHERES műholdat használ a NASA űrhajós, Michael Hopkins kísérlete.
Két, a RINGS kiegészítőkkel rendelkező SPHERES műholdat használ a NASA űrhajós, Michael Hopkins kísérlete.

A DOD SPHERES-RINGS ( Védelmi Minisztérium SPHERES-Resonant Inductive Near-Field Generation System) kísérlet célja olyan szoftverek és hardverek kifejlesztése, amelyek képesek az elektromágneses képződési repülésre (EMFF) és a vezeték nélküli energiaátvitelre mikrogravitációs környezetben.

A kísérlet két hardveres szerelvényt használ, amelyek SPHERES műholdakhoz vannak csatlakoztatva, alumínium rezonancia tekercsekből, tekercsházból ventilátorokkal, elektronikából és akkumulátorokból.

Az egyes SPHERES egységeket egymáshoz képest úgy mozgatják, hogy szabályozott vonzó, taszító és nyíróerőt hoznak létre az elektromágneses tekercsek segítségével. Ugyanezeket a tekercseket használják vezeték nélküli áramátvitelre a SPHERES műholdak között rezonáns induktív csatoláson keresztül . A kísérletek részeként olyan szoftver algoritmusokat is kifejlesztenek, amelyek elkerülik a műholdak ütközését.

A kísérlet során szerzett ismeretek elősegítik a hajtóanyag-mentes, gömbmentes fürtös űrjárművek kifejlesztését, növelik azok élettartamát, csökkentik az űreszközök tömegét és a kapcsolódó működési kockázatokat.

SPHERES-Slosh

Cikk: SPHERES-Slosh

Használja az oktatásban

Zéró robotika

Fő cikk: Zero Robotics

A Zero Robotics az MIT által évente megrendezett nemzetközi verseny, ahol a résztvevő diákcsapatok a SPHERES műholdakat programozzák egy adott kihívás megoldására. A verseny két szint alatt zajlik; középiskolai bajnokság és középiskolai torna.

A verseny kezdeti fordulóit szimulációk segítségével végzik. A döntősök programjait a SPHERES műholdakra töltik fel a Nemzetközi Űrállomás fedélzetén, és űrhajósok hajtják végre. Az eseményt élőben közvetítik az MIT, Európa és Ausztrália.

Lásd még

Hivatkozások

Külső linkek