Trabajadores espaciales: ¿cómo son los robots espaciales?
Sabemos que en el pasado desarrollo espacial, los astronautas han creado muchos milagros, como aterrizar en la luna, capturar extravehicularmente satélites averiados, reparar el Telescopio Hubble en el espacio, etc. Pero se desconoce cuánto cuestan estas actividades. Aunque el futuro desarrollo y utilización del espacio tiene perspectivas muy brillantes, requiere un sistema de soporte vital grande y complejo, un sistema de control ambiental, un sistema de suministro de materiales, un sistema de salvamento, etc. , y estos sistemas son caros. Según las predicciones de los científicos, el volumen del sistema de soporte vital, el sistema vivo y el sistema de actividad extravehicular de los astronautas de la estación espacial tripulada permanente representa aproximadamente el 16% del volumen total del módulo central, el consumo de energía representa del 25 al 38%. del consumo total de energía de la estación espacial, y los costos de investigación y desarrollo representan el 16% del volumen total del módulo central 20 del gasto total. Otros estiman que para garantizar las actividades de los astronautas en el espacio, cada astronauta gastará entre 500.000 y 6.543.800 dólares por día.
Desde esta perspectiva, el desarrollo aeroespacial no debe ser como enviar miles de ingenieros y personal técnico al espacio para participar en diversos procesos de materiales aeroespaciales, producción aeroespacial, ensamblaje aeroespacial y reparación aeroespacial como en fábricas terrestres. y otras operaciones. La única solución es desarrollar una gran cantidad de robots y enviarlos al espacio para reemplazar a los humanos y convertirlos en la fuerza laboral principal y en la mano derecha de los astronautas. Podemos utilizar el cuerpo humano como metáfora de los robots espaciales. Los robots son como miembros y cuerpos humanos: realizan diversas tareas pesadas, mientras que los humanos funcionan como el cerebro, dirigiendo y monitoreando todas las actividades mecánicas. Si la industria de la tecnología aeroespacial quiere tener la mayor productividad y los menores costos operativos, una de las formas más efectivas es combinar robots y sistemas altamente automatizados bajo supervisión humana para formar un sistema híbrido hombre-máquina altamente confiable y eficiente.
Como todos sabemos, un robot es un sistema mecánico general. Al igual que los humanos, puede completar diversas tareas en condiciones ambientales desconocidas de antemano y tiene las funciones de percepción, razonamiento, juicio y toma de decisiones con respecto al entorno externo. Pero hay que señalar que hace tiempo que la gente se da cuenta de que no todos los robots pueden trabajar en el espacio porque el entorno espacial es muy diferente del entorno terrestre. Los robots espaciales trabajan en un entorno de microgravedad, alto vacío, temperatura ultrabaja, fuerte radiación y poca iluminación, por lo que son muy diferentes de los robots terrestres. En estado de ingravidez, siempre que la aceleración no sea demasiado grande, unas manos delgadas pueden mover objetos enormes. Por ejemplo, el manipulador teledirigido del transbordador espacial es un manipulador de 6 grados de libertad fabricado de materiales compuestos, de 15 metros de largo y un peso de 400 kilogramos. Aunque está débil en el suelo, ni siquiera puede levantar su propio peso. Sin embargo, puede levantar decenas de toneladas de carga útil cuando llegue al espacio. Pero todo tiene pros y contras. En estado de ingravidez, siempre que el objeto se empuje ligeramente, saldrá volando inmediatamente, lo que provocará muchos inconvenientes en la operación, especialmente en el reconocimiento visual. Por ejemplo, en el suelo, los objetos colocados en el banco de trabajo siempre miran hacia la lente visual con una superficie fija, mientras que en el espacio, los artefactos flotantes pueden mirar hacia la lente en cualquier dirección. De esta forma, los robots espaciales deben contar con un sistema de visión tridimensional y códigos de identificación especiales para identificar los objetos y su orientación. También se requiere que los dedos puedan seleccionar de manera flexible el objeto en la dirección que desean agarrar y que tengan sensores inteligentes como proximidad, tacto, deslizamiento y fuerza para cooperar con el sistema de visión para completar la tarea operativa. En estado de ingravidez, cualquier objeto, incluido el propio robot, está flotando, por lo que el robot espacial debe tener varios brazos. Un soporte usa sus brazos para sostener un miembro estructural para estabilizarse, un manipulador sostiene la pieza de trabajo y el otro manipulador se usa para completar la tarea operativa. En condiciones de alto vacío, las articulaciones móviles de los robots espaciales son esencialmente diferentes de las de los robots terrestres. Requiere lubricación sólida y resuelve el problema de la soldadura en frío de metales en condiciones de alto vacío.
Debido al entorno de microgravedad en el espacio, las ecuaciones dinámicas del brazo robótico son muy diferentes de las del suelo, por lo que el robot espacial es un tipo especial de robot.
Cabe mencionar que además de poder adaptarse al entorno espacial, los robots espaciales seleccionados para trabajar en el espacio también deben ser de tamaño pequeño, livianos, flexibles, altamente inteligentes, completos. Consumo funcional, multibrazo y microfuncional, larga vida útil y alta confiabilidad. Las principales tareas de los robots espaciales en el espacio son: construcción y montaje espacial de satélites y otras naves espaciales y experimentos científicos;
La construcción y el montaje del espacio son las principales tareas de los robots espaciales, especialmente en la fase inicial de la construcción del espacio. Algunas partes estructurales de gran tamaño, como la instalación de antenas de radio y paneles solares, y el montaje de grandes armazones y cabinas, son inseparables de los robots espaciales. Los robots espaciales realizarán una variedad de tareas, como el manejo de componentes grandes, la conexión y fijación de componentes y el manejo de artículos tóxicos o peligrosos. Se estima que más de la mitad de las tareas de la arquitectura espacial recaerán en robots capaces de realizar actividades extravehiculares. El robot EVA cuenta con un dispositivo de control remoto avanzado en su manipulador final, permite la operación con varios brazos y está equipado con portaherramientas y bandejas de suministro. Las computadoras y los sistemas expertos en el sitio brindan instrucciones de trabajo para completar diversas tareas de construcción.
Con la profundización de las actividades espaciales, habrá cada vez más activos humanos en el espacio. Muchos países del mundo han lanzado muchas naves espaciales al espacio, de las cuales alrededor de 90 son satélites terrestres artificiales. Una vez que estos satélites funcionan mal, resulta antieconómico abandonarlos y lanzar otros nuevos. En segundo lugar, aumenta los desechos espaciales, por lo que tenemos que encontrar formas de solucionarlos. Los robots espaciales recuperarán de la órbita los satélites que funcionan mal, los llevarán a la estación espacial para su reparación y luego utilizarán cohetes auxiliares o vehículos de maniobra orbital para devolver los satélites reparados a la órbita espacial. Si algunas naves espaciales no pueden llevarse de regreso a la estación espacial para su reparación, la mayoría utiliza robots inteligentes para realizar tareas en el vehículo de vuelo libre, desmontar y ensamblar algunas piezas, o cortar y soldar piezas. De hecho, hay muchas naves espaciales que necesitan reponer continuamente los materiales consumidos, como películas fotográficas, nitrógeno, combustible, refrigerante, etc., para prolongar su vida útil. Entre estos materiales, algunos son tóxicos, otros altamente corrosivos y otros están congelados criogénicamente y son difíciles de manipular en estado ingrávido. Enviar robots de servicio extravehiculares para realizar estas tareas es económico y seguro, lo que se puede decir que es lo mejor de ambos mundos. El robot de servicio extravehicular lleva una antena omnidireccional para mantener la comunicación con la estación espacial. Además, está equipado con sistemas de visión estéreo en color y lidar para navegación e identificación de objetivos. Además, los dedos del robot están equipados con sensores táctiles, sensores de deslizamiento y sensores de proximidad, y sus brazos de muñeca están equipados con sensores de fuerza, lo que aumenta la flexibilidad y precisión de operación. Las herramientas y piezas necesarias para el trabajo las puede llevar consigo. Si es necesario, puedes volar desde la estación espacial en un jetpack y realizar diversas tareas.
Los robots en la cabina sirven principalmente para cargas útiles científicas, por lo que deben seleccionarse de acuerdo con los requisitos del experimento. Hay muchas variedades para elegir. No solo realizan tareas de emergencia y reparación, sino que también realizan una serie de tareas como agregar reactivos, recolectar productos, muestreo y análisis intermedios y recolectar diversas muestras. La existencia de robots en la cabina reduce en gran medida la intensidad del trabajo y la tensión de los astronautas y pueden servir como sustitutos de los astronautas cuando salen de la cabina. Hay un pequeño robot de cabina llamado por los científicos "Spider King", que está conectado al entorno de trabajo del robot a través de ocho cuerdas de Kevlar. Estas cuerdas de Kevlar se extienden desde las esquinas del cuerpo del Rey Araña hasta los puntos de contacto en el área de trabajo. Al aumentar o disminuir la tensión en cuerdas específicas, el robot puede moverse por todo el taller con una precisión posicional y una repetibilidad increíblemente altas.
Por lo tanto, ya sea para mejorar la seguridad o para mejorar la eficiencia de la producción y los beneficios económicos, los robots espaciales desempeñan un papel inconmensurable en las actividades de producción de la industria de ciencia y tecnología aeroespacial. Con la profundización de las actividades aeroespaciales, los robots aeroespaciales seguramente recibirán nuevos desarrollos. En un futuro próximo, cuando los humanos regresen a la luna, vuelen a Marte y salgan del sistema solar, ¡los robots espaciales mostrarán su enorme poder con una apariencia completamente nueva!
Puntos de aprendizaje
Constantin Tsiolkovsky
Tsiolkovsky es el fundador de la astronáutica moderna.
Primero demostró la posibilidad de utilizar cohetes para comunicaciones interestelares, fabricar satélites terrestres artificiales y estaciones en órbita terrestre baja, señaló formas razonables de desarrollar vuelos espaciales y fabricar cohetes y encontró una serie de importantes tecnologías de ingeniería para estructuras de cohetes y motores líquidos. solución. Tiene un dicho famoso: "La tierra es la cuna de la humanidad, pero la humanidad no puede estar atada a la cuna para siempre".