Për herë të parë, një robot ka arritur të montojë me sukses një pjesë të një strukture në hapësirë, pa praninë e astronautëve, duke demonstruar një teknologji që mund të ndryshojë ndjeshëm mënyrën se si ndërtohen anijet kozmike dhe instrumentet shkencore me përmasa të mëdha.
Sistemi robotik u zhvillua nga studiuesit e Institutit të Teknologjisë së Kalifornisë (Caltech), me financimin e Agjencisë së Projekteve të Kërkimit të Avancuar të Mbrojtjes (DARPA). Ai është pjesë e programit të DARPA-s për Prodhimin, Materialet dhe Projektimin me Efikasitet në Masë në Orbitë dhe në Hënë (NOM4D), një nismë që eksploron mënyrat për të prodhuar dhe montuar struktura gjigante drejtpërdrejt në hapësirë.
Në vend që të mbështetet te astronautët për të lidhur pjesët një nga një, roboti përdor një krah të automatizuar për të marrë tubat strukturorë dhe nyjet lidhëse nga depozitat e vendosura pranë tij. Më pas, ai bashkon përbërësit në seksione të përsëritura, të quajtura module, të cilat formojnë një strukturë më të madhe mbështetëse, të njohur si kapriatë strukturore (truss).
“Ky është rasti i parë kur një strukturë është ndërtuar në mënyrë autonome në hapësirë”, thotë Sergio Pellegrino, profesor i Joyce dhe Krent Kresa në Inxhinierinë Hapësinore dhe Civile, drejtues i Departamentit të Lidershipit në Inxhinierinë Hapësinore Lynn Booth dhe Kent Kresa, drejtues ekzekutiv për inxhinierinë hapësinore dhe studiues i lartë në Laboratorin e Propulsionit me Reaktiv (JPL), të cilin Caltech e administron për NASA-n.
Një hap historik drejt ndërtimit të strukturave gjigante në hapësirë
Pellegrino drejton demonstrimin ASTRA (Montimi Autonom i Reflektorëve të Tendosur në Hapësirë) të Caltech-ut. Sistemi robotik ka kaluar gjashtë muaj në orbitë duke u përpjekur të ndërtojë një antenë reflektuese me diametër 1,4 metra. Projektimi i saj kombinon tuba prej fibrash kompozite, lidhëse alumini dhe një sipërfaqe reflektuese të lehtë, të prodhuar nga Kapton, një film polimerik rezistent që përdoret gjerësisht në anijet kozmike.
DARPA e krahason procesin e montimit me ndërtimin duke përdorur versione të sofistikuara të lodrave konstruktive K’Nex ose Tinkertoy. Megjithatë, realizimi i të njëjtave veprime nga një robot, në mënyrë të besueshme dhe në kushtet e vështira të hapësirës, përbën një sfidë shumë më të madhe inxhinierike.
Ekipi u përball me vështirësi teknike dhe kufizime në planifikimin e kohës, të cilat e penguan përfundimin e të gjithë antenës. Megjithatë, roboti arriti të montonte me sukses një seksion fillestar, duke ofruar prova se kjo metodë ndërtimi mund të funksionojë në orbitë. Studiuesit besojnë se e njëjta qasje bazë mund të mbështesë në të ardhmen struktura shumë më të mëdha, të cilat do të mbajnë sipërfaqe gjigante reflektuese.
Eksperimenti orbital përfaqëson fazën e tretë të programit kërkimor të DARPA-s. Gjatë dy fazave të para, studiuesit e Caltech-ut zhvilluan konceptin e ndërtimit, përpunuan projektimin inxhinierik dhe verifikuan funksionimin e tij përmes eksperimenteve laboratorike në Tokë. Më pas, ekipi kishte më pak se 12 muaj kohë për të prodhuar, testuar dhe dorëzuar pajisjet hapësinore te kompania Momentus Inc., e cila do të priste ngarkesën në bord.
“Zhvillimi i një ngarkese të kësaj kompleksiteti brenda një afati kaq të shkurtër kohor ishte një ndërmarrje jashtëzakonisht e madhe për ekipin tonë të vogël”, thotë Pellegrino, i cili është gjithashtu bashkëdrejtor i Projektit të Energjisë Diellore në Hapësirë, që synon të mbledhë energji diellore në hapësirë dhe ta transmetojë atë pa tela në sipërfaqen e Tokës. “Ndërsa po i afrohemi përfundimit të misionit, më në fund jemi në gjendje të fillojmë të mendojmë për drejtimet e reja kërkimore që ka hapur ky demonstrim.”
Pse shkencëtarët duan të ndërtojnë struktura gjigante në orbitë
Aftësia për të montuar struktura të mëdha drejtpërdrejt në hapësirë mund të transformojë astronominë, komunikimet dhe sistemet e energjisë me bazë hapësinore.
Për shembull, teleskopët e së ardhmes mund të përdorin sipërfaqe gjigante reflektuese për të mbledhur më shumë dritë dhe për të vëzhguar objekte jashtëzakonisht të largëta. Struktura të ngjashme mund të mbështesin gjithashtu antena të fuqishme radiofonike, duke u mundësuar shkencëtarëve dhe inxhinierëve të ndërtojnë sisteme komunikimi shumë më të mëdha se ato që mund të lëshohen aktualisht në hapësirë.
Një nga pengesat më të mëdha është hapësira e kufizuar brenda mbështjellësit të raketës, strukturës mbrojtëse që rrethon ngarkesën gjatë lëshimit. Pavarësisht se sa ambicioz mund të jetë projektimi i një anijeje kozmike, përbërësit e saj duhet të përshtaten disi brenda kësaj hapësire të kufizuar.
Tradicionalisht, inxhinierët e kanë trajtuar këtë problem në dy mënyra. Ata ose palosin strukturat e mëdha në paketa kompakte, të cilat mund të shpalosen pasi të arrijnë në orbitë, ose lëshojnë përbërës të veçantë dhe më pas astronautët i montojnë ato në hapësirë. Të dyja këto qasje vendosin kufizime praktike mbi përmasat dhe kompleksitetin e strukturës përfundimtare.
Ndërtimi robotik ofron një mundësi të tretë. Në vend që një teleskop apo antenë gjigante të vendoset e plotë brenda një rakete, inxhinierët mund të transportojnë materialet e nevojshme në orbitë dhe ta montojnë të gjithë sistemin atje.
Plani i DARPA-s për struktura hapësinore me përmasa kilometrike
DARPA krijoi programin NOM4D në vitin 2022 për të studiuar teknologjitë që mund të mundësojnë në të ardhmen “transportimin e lëndëve të para nga Toka për prodhim në orbitë”, sipas faqes së internetit të programit.
Eksperimenti ASTRA i Caltech-ut është një nga vetëm dy projektet e përzgjedhura për të kaluar në fazën e tretë të programit, e cila përfshin demonstrimin e teknologjive të ndërtimit në orbitë.
Projekti tjetër, i drejtuar nga Universiteti i Illinoisit në Urbana-Champaign, do të përdorë një modul të bashkëngjitur në Stacionin Ndërkombëtar Hapësinor për të studiuar një teknikë të forcimit të tubave prej karboni në hapësirë. Kjo mund të ofrojë një mënyrë tjetër për prodhimin e përbërësve strukturorë, pa qenë nevoja që çdo hap të përfundojë në Tokë.
“Objektivi i NOM4D është të mundësojë ndërtimin efikas dhe të shkallëzueshëm të strukturave shumë të mëdha në hapësirë”, tha Andrew Detor, menaxher i programit NOM4D në DARPA, në një deklaratë me shkrim. “Kur them ‘shumë të mëdha’, kam parasysh përmasa prej qindra metrash ose kilometrash. Sot nuk është e mundur të arrihet asgjë që i afrohet këtyre përmasave.”
Struktura të tilla mund të jenë në të ardhmen disa fusha futbolli të gjata, madje mund të shtrihen për kilometra të tëra, shumë përtej përmasave të anijeve kozmike konvencionale.
Si arriti roboti i Caltech-ut në hapësirë
ASTRA nisi udhëtimin e saj më 30 mars 2026, kur një mision SpaceX Transporter-16 u nis nga Baza e Forcave Hapësinore Vandenberg në Kaliforni, herët atë mëngjes.
Roboti udhëtoi në bordin e mjetit orbital Vigoride 7 të kompanisë Momentus Inc., i cili transportoi 10 ngarkesa të veçanta në orbitën e ulët të Tokës. ASTRA zinte rreth një metër kub hapësirë, një paketim kompakt që përmbante si mekanizmin e montimit, ashtu edhe materialet e nevojshme për ndërtimin.
Brenda ndodheshin dy module kapriate të montuara më parë, të përforcuara me tuba diagonalë dhe nyje lidhëse. Ngarkesa përfshinte gjithashtu një krah robotik dhe shpërndarës të motorizuar, të pajisur me pjesët e nevojshme për ndërtimin e seksioneve të mbetura.
Lëshimi i suksesshëm ishte një moment emocionues për ekipin e vogël inxhinierik që po e ndiqte nga Toka. Jaden Suh, ish-studiues pas doktoraturës në Caltech, i cili tani është profesor asistent në Universitetin e Teksasit në Austin, u përlot kur anija kozmike që transportonte punën e ekipit të tij u drejtua drejt orbitës.
“Që fëmijë, kam qenë jashtëzakonisht kureshtar dhe i interesuar për strukturat hapësinore. Ashtu si shumë inxhinierë të tjerë që punojnë në këtë fushë, dërgimi i punës sonë në hapësirë ka qenë ëndrra ime gjatë gjithë jetës”, thotë Suh. “Isha jashtëzakonisht me fat që pata mundësinë të punoja në këtë projekt që nga fillimi. Shumë prej ideve të mia fillestare janë përfshirë në këtë sistem dhe ishte thjesht e pabesueshme ta shihja atë të arrinte në hapësirë.”
Ndërtimi i një strukture qindra kilometra mbi Tokë
Pasi ASTRA arriti në orbitë, studiuesit nisën të operonin sistemin duke transmetuar udhëzime drejt kompjuterit të tij në bord, përmes anijes kozmike Vigoride.
Hapat fillestarë përfshinin çlirimin e mekanizmave që kishin siguruar përbërësit gjatë lëshimit. Më pas, roboti nxori nga pajisja dy modulet e montuara më parë dhe vazhdoi me ndërtimin e një moduli të tretë duke përdorur sistemin e montimit në bord.
Tre anëtarë të ekipit menaxhuan komandat e ndërtimit nga Toka: Charles Sommer, ish-inxhinier sistemesh në Caltech; Alan Truong, inxhinier kërkimor në Caltech; dhe studentja e doktoraturës Tara Venkatadri (MS ’24).
Megjithëse roboti i kryente automatikisht veprimet e montimit, studiuesit monitoronin përparimin e tij përmes fotografive të transmetuara nga orbita. Kur diçka shkonte keq, ata shqyrtonin imazhet, përshtatnin udhëzimet dhe provonin sërish kryerjen e veprimit.
Këto pengesa ishin një pjesë e rëndësishme e procesit për të mësuar nëse teknologjia mund të funksiononte jashtë një laboratori të kontrolluar.
“Pikërisht për këtë arsye kryhen testimet e provës së konceptit. Mjedisi hapësinor ka shumë dallime krahasuar me kushtet në Tokë. Gjithmonë ka shumë të papritura të vogla”, shpjegon Suh.
Zgjidhja e problemeve të papritura nga Toka
Për të diagnostikuar problemet në orbitë, inxhinierët u mbështetën te një sistem i dytë ASTRA, i mbajtur në laboratorin e Pellegrinos në Caltech. Kjo pajisje rezervë, e njohur si kopje rezervë e fluturimit, u mundësoi studiuesve të rikrijonin vështirësitë me të cilat përballej roboti në hapësirë dhe të eksperimentonin me zgjidhje të mundshme.
“Sa herë që konfirmojmë se ka një problem në hapësirë, kthehemi në laborator dhe përpiqemi ta riprodhojmë problemin në Tokë”, thotë Sommer.
Kufizimet në komunikim e bënë veçanërisht të vështirë zgjidhjen e problemeve. Ekipi mund të komunikonte me ASTRA-n vetëm gjatë rreth shtatë ose tetë intervaleve të shkurtra çdo ditë, ku secila mundësi zgjaste afërsisht 15 minuta.
Kjo do të thoshte se inxhinierët duhej t’i shfrytëzonin në maksimum intervalet e kufizuara të komunikimit. Ata përdorën kopjen laboratorike për të hetuar problemet, për të vlerësuar zgjidhje të ndryshme dhe për të përcaktuar se cilat përshtatje kishin më shumë gjasa të funksiononin. Pasi një zgjidhje ishte gati, ata i dërgonin robotit në orbitë udhëzimet e rishikuara.
Ky proces e ndihmoi ekipin të përballonte një sërë vështirësish të papritura, ndërsa mblidhte informacione të vlefshme për atë që do t’u nevojitet sistemeve të ardhshme autonome të ndërtimit për të funksionuar në mënyrë më të besueshme.
Si e monton roboti një antenë hapësinore
Procesi i planifikuar i ndërtimit të ASTRA-s përfshin përsëritjen e një serie lëvizjesh të koordinuara me kujdes.
Së pari, krahu robotik merr përbërësit strukturorë nga shpërndarësit e tyre të magazinimit. Ai i vendos tubat dhe nyjet lidhëse mbi një pllakë montimi dhe i bashkon ato për të krijuar një modul të ri të kapriatës strukturore.
Pasi skeleti strukturor montohet, roboti është projektuar për të vendosur një film të hollë reflektues, që përmban shumë hapje të vogla. Ky material formon dy rrjeta kabllore reflektuese, të cilat mbahen të tendosura përballë njëra-tjetrës nga susta, duke ndihmuar që sipërfaqja përfundimtare të ruajë formën e synuar.
Filmi i posaçëm u shpik së bashku nga studiuesit e Caltech-ut dhe Universitetit të Pensilvanisë, ku ekipi bashkëpunues drejtohej nga profesori Igor Bargatin.
Ndryshe nga rrjeta metalike e thurur, që përdoret zakonisht në reflektorët e projektuar për t’u palosur dhe shpalosur, filmi me vrima kërkon më pak tension për të ruajtur formën e tij. Kjo u lejon inxhinierëve të zvogëlojnë sasinë e strukturës mbështetëse që nevojitet, duke e bërë potencialisht të gjithë montimin dukshëm më të lehtë.
Pesha më e ulët është veçanërisht e rëndësishme në inxhinierinë hapësinore, sepse çdo kilogram shtesë rrit kërkesat ndaj mjetit lëshues.
Kur një modul përfundon dhe përbërësit e tij reflektues janë përgatitur, sistemi robotik e shtyn seksionin e përfunduar drejt hapësirës. Më pas, ai nis montimin e modulit pasues.
Projektimi i plotë i antenës ASTRA parashikon 11 module të lidhura me njëri-tjetrin, secili i bashkëngjitur me rrjetat reflektuese dhe i zgjatur drejt pjesës së jashtme të sistemit të montimit.
Një demonstrim i vogël me pasoja të jashtëzakonshme
Pavarësisht demonstrimit të suksesshëm të teknikës së ndërtimit, studiuesit nuk presin që ASTRA të përfundojë montimin e të 11 moduleve përpara përfundimit të misionit në dhjetor.
Eksperimenti ka zbuluar disa mënyra se si pajisjet robotike dhe procedura e montimit mund të thjeshtohen dhe përmirësohen. Edhe pa një antenë të përfunduar, ekipi beson se ka mbledhur prova të mjaftueshme për të vërtetuar se kjo qasje është teknikisht e realizueshme.
Rëndësia e këtij zhvillimi shkon shumë përtej antenës relativisht të vogël të përdorur në këtë demonstrim.
Sistemet e ardhshme robotike të ndërtimit mund t’i ndihmojnë shkencëtarët të ndërtojnë teleskopë gjigantë hapësinorë, që mbledhin më shumë dritë, antena radiofonike të afta për të mbështetur komunikime të avancuara dhe struktura gjigante me panele diellore, të projektuara për të kapur rrezet e Diellit në orbitë.
Sisteme të tilla të energjisë diellore mund ta transmetojnë potencialisht energjinë e mbledhur pa tela drejt marrësve në Tokë, një ide që po studiohet përmes Projektit të Caltech-ut për Energjinë Diellore në Hapësirë.
Në një kuptim më të gjerë, testi i suksesshëm sugjeron se përmasat e infrastrukturës hapësinore të së ardhmes nuk do të duhet domosdoshmërisht të përcaktohen gjithmonë nga dimensionet e raketave që përdoren për të transportuar përbërësit e saj.
“Kur arrin në kufirin e përmasave ku strukturat nuk mund të ndërtohen paraprakisht në Tokë dhe më pas të shpalosen, duhet të mendosh se si t’i ndërtosh ato në hapësirë”, thotë Pellegrino. “Prandaj, kjo punë mund të jetë e dobishme jo vetëm për astronominë dhe astrofizikën, por edhe për komunikimet dhe fusha të tjera, siç është ndërtimi i strukturave shumë të mëdha me panele diellore për prodhimin e energjisë diellore në hapësirë.”/ScienceDaily