Роботична система, розроблена в Каліфорнійському технологічному інституті (Caltech), вперше в історії автономно зібрала частину конструкції в космосі. Демонстрація в межах програми DARPA показала, що масштабні конструкції можна будувати без участі астронавтів, прямо на орбіті, що потенційно відкриває шлях до створення гігантських телескопів, антен зв’язку та орбітальних сонячних електростанцій. Про експеримент детально розповідає ScienceDaily.
Що саме зробив орбітальний робот ASTRA
Систему створила команда Caltech за фінансування Агентства перспективних оборонних розробок США (DARPA) в межах програми NOM4D (Novel Orbital and Moon Manufacturing, Materials, and Mass-efficient Design). Робот входить до демонстраційного проєкту Autonomous In-Space Tensioned Reflector Assembly (ASTRA), яким керує інженер Серджіо Пеллегріно (Sergio Pellegrino).
Мета місії ASTRA — зібрати у космосі відбивальну антену діаметром близько 1,4 метра. Конструкція поєднує композитні трубки, алюмінієві з’єднувачі та легку відбивальну поверхню з полімерної плівки Kapton.
Замість того, щоб покладатися на астронавтів, робот використовує автоматизовану руку. Вона дістає трубчасті елементи та вузли з бункерів, збирає з них повторювані секції — так звані «бей» — і формує з них основну несучу ферму (truss).
За словами Пеллегріно, це перший випадок, коли конструкцію в космосі було зібрано повністю автономно. Хоча команда зіткнулася з технічними труднощами й обмеженнями за часом, робот зміг побудувати початкову секцію антени, довівши працездатність підходу на орбіті.
Від лабораторії до орбіти за менш ніж рік
Орбітальний експеримент ASTRA — третій етап програми NOM4D. На двох попередніх етапах у Caltech опрацювали концепцію конструкції, розробили інженерні рішення та перевірили роботу системи в лабораторії на Землі.
Після цього команда мала менше ніж 12 місяців, щоб виготовити, протестувати й передати льотний зразок компанії Momentus Inc., яка погодилася розмістити вантаж на своєму орбітальному апараті.
30 березня 2026 року ASTRA стартувала з бази Космічних сил США Ванденберг у складі місії SpaceX Transporter-16. Робот летів на борту орбітального буксира Vigoride 7 від Momentus, разом ще з дев’ятьма корисними навантаженнями.
Усе обладнання змонтували у кубічному об’ємі приблизно 1 м³. Усередині вже були зібрані дві секції ферми, посилені діагональними трубами, роботизована рука та механізовані магазини з деталями для добудови решти конструкції.
Запуск став емоційним моментом для невеликої інженерної групи. Колишній постдок Caltech, а нині професор Техаського університету в Остіні Джейден Сух згадує, що завжди мріяв відправити власні конструкції в космос, і значна частина його ідей увійшла до системи ASTRA.
Як робот збирає антену на орбіті
Після виходу на орбіту дослідники почали керувати системою, надсилаючи команди на бортовий комп’ютер ASTRA через апарат Vigoride. Спочатку потрібно було розблокувати всі механізми, зафіксовані на час запуску. Далі робот висунув із корпусу дві вже зібрані секції ферми та зібрав третю за допомогою своєї автоматизованої системи.
Конструкцією керувала група з трьох фахівців на Землі, але сам процес збирання виконувався автономно за заданою послідовністю дій. Дослідники стежили за перебігом роботи за фотографіями з орбіти. У разі помилок вони аналізували знімки, коригували алгоритми та повторювали спроби.
Для діагностики проблем команда використовувала «запасний» ідентичний комплекс ASTRA в лабораторії Пеллегріно. На ньому інженери відтворювали ситуації, з якими зіштовхувався орбітальний робот, і випробовували можливі рішення.
Комунікаційні обмеження ускладнювали роботу: зв’язатися з ASTRA можна було лише приблизно 7–8 разів на добу по 15 хвилин. Тому кожне вікно зв’язку потрібно було використати максимально ефективно, надсилаючи наперед продумані оновлені інструкції.
Спеціальна відбивальна плівка замість металевої сітки
Процес збирання однієї секції (bay) передбачає чітко скоординовані дії. Роботизована рука забирає трубки й з’єднувачі з магазинів, розкладає їх на монтажній плиті й формує новий фрагмент ферми.
Після цього передбачено закріплення тонкої відбивальної плівки з безліччю мікроотворів. Вона утворює дві сітчасті відбивальні поверхні, які пружини натягують одна до одної, щоб утримувати потрібну форму.
Особливу плівку спільно розробили фахівці Caltech та Університету Пенсільванії під керівництвом професора Ігоря Баргатіна (Igor Bargatin). На відміну від традиційної металевої сітки, яку застосовують у складаних відбивачах, перфорована плівка потребує меншого натягу, тож потребує меншої підтримуючої конструкції.
Це дозволяє суттєво зменшити масу всієї системи — критичний параметр для космічної техніки, де кожен додатковий кілограм підвищує вимоги до ракети-носія.
Згідно з проєктом, повна антена ASTRA має складатися з 11 з’єднаних секцій, кожна з яких кріпиться до відбивальних сіток і висувається назовні з монтажного блока. Завершивши одну секцію, робот виштовхує її у відкритий простір та починає збирання наступної.
Чому будівництво у космосі може змінити правила гри
Сьогодні розміри космічних апаратів і наукових інструментів суттєво обмежені об’ємом обтічника ракети, в якому вантаж виводять на орбіту. Інженери змушені або складати конструкції всередині в «оригамі», щоб вони розкрилися вже в космосі, або доставляти окремі модулі й збирати їх силами астронавтів.
Обидва підходи мають межу за розміром і складністю. Роботизоване будівництво пропонує третій шлях: виводити лише матеріали та окремі вузли, а повну конструкцію зводити вже на орбіті.
Програма DARPA NOM4D, започаткована у 2022 році, якраз і вивчає такі технології перевезення сировини та складання великих структур безпосередньо в космосі. ASTRA стала одним із двох проєктів, допущених до третьої фази — демонстрації технологій на орбіті. Інший проєкт під керівництвом Університету Іллінойсу в Урбана-Шампейн вивчає затвердіння вуглецевих трубок у космосі як спосіб виробництва конструкційних елементів без повного наземного циклу.
Керівник NOM4D Ендрю Дітор (Andrew Detor) зазначає, що мета програми — забезпечити ефективне, масштабуєме будівництво дуже великих структур у космосі — від сотень метрів до кілометрів. Сьогодні нічого подібного до таких масштабів досягти неможливо.
Малі розміри демонстратора — великі перспективи
До завершення місії в грудні команда не очікує, що ASTRA встигне зібрати всі 11 секцій антени. Однак навіть часткова збірка дала інженерам великий обсяг даних про роботу системи в реальних орбітальних умовах.
Демонстрація виявила низку шляхів спрощення апаратної частини та процедури монтажу. Дослідники вважають, що зібраних результатів достатньо, аби показати: запропонований підхід до орбітального будівництва є технічно здійсненним.
Наслідки виходять далеко за межі невеликої антени ASTRA. Подібні системи у майбутньому можуть допомогти створювати:
- гігантські космічні телескопи з великими дзеркалами для спостережень далеких об’єктів;
- радіоантени надвеликого розміру для потужного зв’язку;
- масштабні масиви сонячних панелей, що збирають енергію в космосі.
Одним із напрямів, де такі рішення можуть стати ключовими, є проєкт Caltech Space Solar Power Project. Він вивчає можливість збору сонячної енергії на орбіті та її бездротової передачі на поверхню Землі.
Пеллегріно наголошує, що коли конструкції стають занадто великими, щоб їх попередньо збирати на Землі та розгортати в один рух, неминуче постає завдання будівництва безпосередньо в космосі. І тоді результати ASTRA можуть бути корисними не лише для астрономії та астрофізики, а й для систем зв’язку та орбітальних сонячних електростанцій, розміри яких більше не диктуватимуть можливості ракет-носіїв.