OSAM衛(wèi)星項目簡介

OSAM全稱為“On-Orbit Servicing,Assembly and Manufacturing”，意為在軌服務(wù)、裝配和制造。與傳統(tǒng)生產(chǎn)制造模式相比，OSAM可以大大擴(kuò)展航天器的性能、可用性、復(fù)原力和壽命。NASA的OSAM衛(wèi)星任務(wù)分為兩顆，分別是OSAM-1與OSAM-2。

OSAM-1衛(wèi)星計劃于2025年后發(fā)射，旨在使用機(jī)械臂為Landsat 7地球成像衛(wèi)星進(jìn)行軌道捕獲與燃料加注工作，完成主要任務(wù)后，由麥克薩科技公司(Maxar Technologies)制造的空間基礎(chǔ)設(shè)施靈巧機(jī)器人(Space Infrastructure Dexterous Robot，SPIDER)進(jìn)行在軌組裝與制造任務(wù)。

OSAM-1燃料加注與在軌組裝任務(wù)示意圖

OSAM-2衛(wèi)星預(yù)計不早于2024年發(fā)射，正在開發(fā)與OSAM-1任務(wù)互補(bǔ)的技術(shù)。該衛(wèi)星將在軌道上建造并部署一個替代太陽能電池陣列。在軌準(zhǔn)備就緒后，OSAM-2將3D打印一個從航天器一側(cè)延伸10米的橫梁，完成后將來到航天器的另一側(cè)打印一個延伸6米的橫梁。

OSAM-2在軌打印任務(wù)示意圖

OSAM-1核心能力

OSAM-1衛(wèi)星的核心能力為三支機(jī)械臂，其中兩支由NASA戈達(dá)德太空飛行中心制造，第三支由麥克薩科技公司制造。

前兩支機(jī)械臂廣泛繼承了過去火星探測任務(wù)中機(jī)械臂的傳統(tǒng)，該系統(tǒng)的設(shè)計在很大程度上利用了早期為美國國防部高級研究計劃局(DARPA)“前端機(jī)器人技術(shù)”(FREND)項目開發(fā)的機(jī)械臂。該系統(tǒng)設(shè)計還借鑒了先前NASA和DARPA在運(yùn)動控制、機(jī)器人軟件框架、柔性線束、力扭矩傳感器、關(guān)節(jié)設(shè)計和飛行操作的經(jīng)驗。該機(jī)械臂具有七個自由度——一個三軸肩部、一個肘部俯仰致動器和一個三軸球形手腕。其他功能包括手臂末端的六軸力/扭矩傳感器，以及可傳送數(shù)據(jù)、電源和視頻的柔性線束。該機(jī)械臂機(jī)動性高，非常適合于需要自主捕獲和靈巧操作的任務(wù)——從抓取衛(wèi)星進(jìn)行在軌維修，到從旋轉(zhuǎn)的小行星上捕獲巨石，再到在軌道上組裝和維修大型望遠(yuǎn)鏡，或在火星上為宇航員設(shè)置工作場所。

該機(jī)械臂早期版本

由Maxar Technologies制造的SPIDER機(jī)械臂長5米，擁有7個自由度，以便進(jìn)行在軌組裝，它能夠很好的適應(yīng)航天器架構(gòu)與新太空任務(wù)的靈活性彈性。在完成燃料加注任務(wù)后，SPIDER機(jī)械臂將組裝七個元件以形成一個功能齊全的3米通信天線，并制造一個10米長的輕質(zhì)復(fù)合梁，驗證其為未來任務(wù)建造大型航天器結(jié)構(gòu)的能力。此外，SPIDER機(jī)械臂組裝的天線還將展示與地面站的Ka波段傳輸。

Archinaut在軌增材制造四個步驟

Archinaut可應(yīng)用于多種配置，提供多種功能：

1、擴(kuò)大的太陽能電池陣列系統(tǒng)、顯著提升其功率(是最先進(jìn)技術(shù)所提供功率的5倍);

2、實施在軌燃料補(bǔ)充或再補(bǔ)給任務(wù);

3、重新配置發(fā)射基礎(chǔ)設(shè)施，將空間碎片變?yōu)閮r值資產(chǎn);

4、擴(kuò)展科學(xué)探索以及遙感任務(wù)天線;

5、重新配置平臺結(jié)構(gòu);

6、使用大規(guī)?；€干涉測量法進(jìn)行勘察探索;

7、為大衛(wèi)星保留拋物面反射器和大孔徑的陣列背板。

除核心的“建筑師”(Archinaut)技術(shù)外，NASA于2019年選擇了Motiv Space Systems的xLink機(jī)械臂作為OSAM-2衛(wèi)星任務(wù)的合作伙伴。一旦進(jìn)入軌道，OSAM-2航天器將利用xLink機(jī)械臂幫助定位3D打印元件并負(fù)責(zé)太陽能電池陣列的組裝任務(wù)。

xLink機(jī)械臂

項目進(jìn)展

OSAM-1

2021年4月，NASA和Maxar Technologies成功完成了OSAM-1任務(wù)平臺的關(guān)鍵設(shè)計審查(CDR)。這一里程碑表明，OSAM-1航天器平臺設(shè)計的成熟度足以支持制造、組裝、集成和測試的進(jìn)行。2022年2月，OSAM-1航天器完成了整體的關(guān)鍵設(shè)計審查。后續(xù)Maxar Technologies將把航天器總線運(yùn)送往NASA進(jìn)行組件的集成和測試，為發(fā)射做好準(zhǔn)備。

OSAM-2

OSAM-2的地面測試環(huán)節(jié)發(fā)生在 2016年至 2019年之間：2017年，該團(tuán)隊在模擬太空壓力和溫度條件的獨(dú)特 NASA設(shè)施中成功地3D打印了結(jié)構(gòu)梁并在熱真空室中進(jìn)行的測試證明了該打印設(shè)備可以在預(yù)期的空間壓力和溫度下工作。2018年，OSAM-2團(tuán)隊在完成了第二次熱真空測試，該測試展示了使用機(jī)械臂在模擬空間環(huán)境中執(zhí)行組裝和制造能力。

2020年，Redwire公司展示了Archinaut技術(shù)能夠在預(yù)期的軌道條件下成功打印長為7米的結(jié)構(gòu)。2022年，Redwire公司通過了關(guān)鍵任務(wù)設(shè)計審查(CDR)，標(biāo)志著設(shè)計階段的結(jié)束以及飛行硬件構(gòu)建和驗證過程的開始。

未來展望

通過OSAM衛(wèi)星項目，未來有望實現(xiàn)在軌部署、在軌捕獲對接、助推與重新定位、碎片清除、維修升級、更換組件、燃料補(bǔ)給、在軌制造以及回收與再利用等一系列功能。

未來，該項目有望打破傳統(tǒng)的航天器應(yīng)用模式，為航天器的發(fā)射與運(yùn)行開辟更多的選擇空間，使太空操作更具彈性、效率和成本效益，幫助政府與私人企業(yè)更好的管理太空資產(chǎn)。