Vệ tinh mang cánh tay robot để sửa chữa trên quỹ đạo

Ngự Tinh số 3-06 (hay còn gọi là Tây Viên-0) được phóng từ Trung tâm Phóng vệ tinh Tửu Tuyền lên quỹ đạo chỉ định bằng tên lửa Khoái Châu số 11 Y7 vào ngày 16.3.

Sứ mệnh này là thử nghiệm vận hành trên quỹ đạo đầu tiên của cánh tay robot phát triển bởi công ty Công nghệ Hàng không vũ trụ Tam Viên (Tô Châu) cùng Viện Nghiên cứu sinh quốc tế Thẩm Quyến thuộc Đại học Thanh Hoa. Còn nền tảng vệ tinh do công ty Công nghệ vệ tinh Ma Phương (Thẩm Quyến) cung cấp.

Lúc ở trên quỹ đạo, đội ngũ kỹ sư điều khiển cánh tay robot thực hiện nhiều nhiệm vụ đầy thách thức để kiểm tra các công nghệ then chốt phục vụ công tác tiếp liệu hoặc bảo dưỡng. Loạt thử nghiệm bao gồm tiếp liệu theo chương trình mô phỏng, tiếp liệu điều khiển từ xa, ghép nối servo trực quan, thao tác tuân thủ lực.

Vệ tinh mang cánh tay robot - Ãnh:

Ở phần thử nghiệm đầu tiên, cánh tay robot tự động lập kế hoạch rồi thực hiện chuyển động. Nó chuyển từ cấu hình an toàn sang cấu hình kết nối và ngược lại mà không cần trạm mặt đất can thiệp. Thử nghiệm xác định độ tin cậy lẫn độ chính xác của việc lập kế hoạch ngoài không gian.

Sang phần thử nghiệm thứ hai, người điều khiển dưới trạm mặt đất hướng dẫn cánh tay robot theo thời gian thực bằng bộ điều khiển cùng phản hồi từ camera quan sát góc nhìn thứ nhất – chứng minh tính khả thi của quy trình điều khiển giữa mặt đất với không gian, cung cấp kinh nghiệm quý báu trong xử lý các mục tiêu bất hợp tác.

Phần thử nghiệm thứ ba cần đến hệ thống servo thị giác. Hệ thống mặt đất xác định vị trí đầu cuối cánh tay robot theo thời gian thực bằng cách sử dụng hình ảnh từ camera quan sát ban đầu để lập kế hoạch chuyển động và tạo ra lệnh điều khiển, qua đó chứng minh khả năng điều khiển khép kín dựa trên servo thị giác giữa mặt đất với không gian.

Phần cuối cùng thử nghiệm phản hồi lực và điều khiển tuân thủ. Dựa trên dữ liệu cảm biến lực thời gian thực, cánh tay robot tự động điều khiển một đầu cắm vẽ hình tròn, hình tam giác cùng đường thẳng trên bảng. Phản hồi lực và điều khiển tuân thủ chính xác rất quan trọng với nhiệm vụ đòi hỏi độ chính xác cao như lắp ráp, thay thế linh kiện.

Thiết kế cần trục rỗng linh hoạt kết hợp truyền động cáp gắn phía sau giúp cánh tay robot có trọng lượng nhẹ mà vẫn khéo léo, vận hành đáng tin cậy. Cần trục rỗng linh hoạt tương thích với đường ống dẫn nhiên liệu có độ đàn hồi, cho phép kết nối an toàn lúc tiếp liệu.

Công ty Tam Viên cho biết hệ thống truyền động cáp đặt các thành phần điều khiển bên trong thân vệ tinh, giúp đơn giản hóa việc kiểm soát nhiệt cũng như bảo vệ bức xạ, đồng thời giảm chi phí nghiên cứu - phát triển. Ngoài ra thiết kế dạng module cũng đáp ứng yêu cầu sử dụng trên vệ tinh tải trọng nhỏ.

Thử nghiệm được hỗ trợ bởi mạng lưới trạm mặt đất toàn cầu cho phép thiết lập liên kết liên tục với quỹ đạo đồng bộ mặt trời. Mạng lưới cung cấp tối đa 20 phút dữ liệu đo từ xa, điều khiển mỗi lần bay với độ trễ vòng lặp dưới 1 giây đảm bảo điều khiển giữa mặt đất với không gian theo thời gian thực.

“Vệ tinh đã hoàn thành thành công tất cả hoạt động trên quỹ đạo của cánh tay robot, đánh dấu bước tiến vững chắc cho ngành công nghiệp hàng không vũ trụ thương mại của Trung Quốc ở lĩnh vực dịch vụ không gian”, theo công ty Tam Viên.

Thử nghiệm trên cũng là cột mốc quan trọng trong hành trình phát triển công nghệ bảo dưỡng ngoài không gian, không chỉ cho vệ tinh mà còn cho cả trạm vũ trụ hay tàu vũ trụ.

Bảo dưỡng ngoài không gian

Bảo dưỡng thiết bị ngoài không gian là thử thách lớn hàng đầu của ngành hàng không vũ trụ, vì chỉ một sai sót nhỏ cũng có thể gây ra hậu quả vô cùng nghiêm trọng.

Môi trường rất khắc nghiệt với bức xạ dễ làm hỏng hóc linh kiện điện tử, nhiệt độ cực đoan khiến vật liệu dễ co giãn mạnh dẫn đến nứt gãy, rác vũ trụ vận tốc hàng chục nghìn km/giờ dễ gây nguy hiểm cho phi hành gia.

Nếu vệ tinh ở quỹ đạo địa tĩnh (cách Trái đất 36.000 km) bị hỏng, hiện nay hầu như không có cách nào đưa người lên sửa. Điều khiển robot sửa chữa từ xa cũng khó khăn do tín hiệu mất thời gian truyền đi và quay về.

Trạng thái không trọng lực càng khiến mọi chuyện thêm phức tạp. Mỗi lực tác động đều tạo ra phản lực ngược lại. Nếu vặn một con ốc mà không có điểm tựa thì cơ thể sẽ xoay thay vì con ốc. Chỉ cần một con vít rơi ra, nó sẽ bay lơ lửng và có thể lọt vào khe hẹp gây chập mạch hoặc hỏng hóc máy móc.

Vệ tinh hay tàu vũ trụ thường không được thiết kế để tháo rời hay thay thế linh kiện như máy tính dưới đất. Mọi thứ được hàn kín hoặc đóng gói siêu chặt để chịu được rung động mạnh lúc phóng. Hơn nữa việc đưa một bộ dụng cụ hoặc linh kiện thay thế lên không gian tốn hàng chục nghìn USD cho mỗi kg.

Về phía phi hành gia, họ phải mặc bộ đồ cồng kềnh cùng găng tay dày nên khó thao tác tỉ mỉ. Ngoài ra họ chỉ có thể làm việc ngoài không gian trong vài giờ đồng hồ vì giới hạn của lượng oxy và thể lực.

Xu hướng hiện nay là triển khai vệ tinh robot thay con người thực hiện công việc đầy khó khăn này. Tuy nhiên nỗ lực phát triển vẫn mới ở giai đoạn đầu.