“軌道快車”的驗證內容
“軌道快”車的驗證項目包括一周時間的初始校驗,對接後的推進劑傳送試驗:ASTRo利用機械手向NEXTSat傳送電池,拔插2個傳感器計算機的電源插頭,抓住NEXTSat衛星並將其移動到2米左右的不同位置然後與ASTRO重新對接,NEXTSat衛星被釋放並自主飛行,ASTRO衛星退後,16分鍾後重新停靠,最後,改變照明條件,在7千米的範圍內進行7次交彙和捕獲演練所涉及的操作大體上可以分為以下幾類:
自主捕獲衛星。ASTRO衛星在靠近NEXTSat衛星時利用機械手前端照相機獲取的圖像,自主捕獲NEXTSat甚至在相對對動速度和初始偏差很大的情況下仍然能夠順利完成任務。
自主定位及對接。ASTRO靠近NEXTSat將其捕獲,用機械手進行定位,並可靠地對接。
主視頻監測。對接以後,對衛星將要進行機械操作的位置進行視頻監測,監測點包括旋轉機械裝置、天線、接口界麵,相機和太陽電池板等自主更換組件。標準備件包括電池,飛行計算機,科學儀器以及其他可替換的組件。在被損壞或需要更新的部件被替代後,開始實際的維修操作。
上述驗證內容是未來衛星維修中的典型操作,必須可靠、低成本並高度自主地進行通過4個等級的維修操作驗證,最終全麵驗證衛星的自主維修能力。
“軌道快車”計劃的進展
2002年3月,美國國防高級研究計劃局(DARPA)確定波音公司作為“軌道快車”計劃的主要承包商,負責完成第二階段軌道快車“先進技術的研製任務。項目團隊由“幻影”工作小組領導,成員包括鮑爾宇航公司、TRW空間與技術公司、麥克唐納機器人技術公司查爾斯實驗室以及星係統科研公司。
其中,星係統科研公司負責停靠捕獲係統,麥克唐納機器人公司負責ASTRO的機械臂及相關的計算機軟硬件,諾·格公司負責燃料傳輸和推進係統(包括連接兩星的流體軟管),軌道科學公司負責’先進視頻導航傳感器,麻省理工學院實驗室負責任務管理軟件的開發。
美國國防部導彈防禦局為先進空間機器人技術的研發花費了20多億美元,以支持未來有人及無人衛星維修,軌道快車就是項目之一。其他項目中,安裝在航天飛機上的機器人係統已經部署,捕獲和維修了許多在軌飛行的衛星,包括對哈勃空間望遠鏡的4次成功維修在國際空間站上裝有移動維修係統,維修對象不僅是國際空間站自身,而且包括訪問國際空間站的空間飛行器。
“軌道快車”驗證計劃的內容很廣泛,包括國防,民用和商用等領域的技術驗證任務,2007年3月8月開始的“軌道快車”任務中,第一次在空間進行無人更換組件,成功進行了如下試驗:
燃料傳送和組件更換試驗。在發射一周後,成功地從ASTR0NEXTSat傳輸肼燃料,其中,利用壓力傳輸係統傳送了14.50千克,利用傳送泵係統傳送了872千克。接著,ASTRO利用機械手向NEXTSat傳送一個重24千克的電池並將其成功安裝到NEXTSat能源係統中、這些驗證任務是在衛星最低等級的自主功能下進行的,需要一些來自地麵的命令。在以後的試驗中將減少對地麵確認的需求,使。軌道快車。更自主地進行飛行驗證。
自主停靠和捕獲驗證試驗。5月11日,“軌道快車”係統成功完成了自主飛行停靠和捕獲任務。ASTRO衛星利用攜帶的照相機、視頻導航係統和停靠機械裝置,靠近並捕獲NEXTSat隨後與之分離、後退到10米及30米的距離,並保持靠近飛行,然後再次利用其機械手完成對NEXTSat的捕獲。這項驗證任務完全由衛星自主完成,沒有交換相對導航信息、沒有任何幹預。也沒有由地麵控製,標誌著首次自主在軌停靠與捕獲操作獲得成功。
全自主運轉和捕獲驗證試驗。6月16日,在5個小時的試驗中,“軌道快車”係統完成了NEXTSat衛星自主運轉和捕獲試驗。ASTRO維修衛星與NEXTSat客戶衛星成功進行了分離、旋轉和對接操作。這次試驗最初用被動傳感器進行導航信息的非主動交換,或者由地麵控製器參與。ASTRO衛星定位在NextSat衛星上方60米,沿著一條虛擬的“Rbar”線——一條地心經NextSat衛星的延長線去捕獲後者。