La NASA está construyendo una misión que repostará y reparará satélites en órbita


El autobús de la nave espacial OSAM-1, construido por Maxar Technologies. Crédito: Tecnologías Maxar

El primer vuelo de prueba de OSAM-1 está programado para su lanzamiento no antes de 2026 e irá a la órbita terrestre baja para encontrarse, agarrarse y acoplarse con Landsat 7, un satélite de observación de la Tierra que ha estado en órbita desde 1999. La misión llevará a cabo un primera prueba de demostración de reabastecimiento de combustible de su tipo, luego reubique el satélite en una nueva órbita. Si bien algunas partes de la misión son autónomas, los teleoperadores humanos realizarán gran parte de los procedimientos y maniobras de forma remota desde la Tierra.

La NASA dice que la reparación de satélites, en lugar de simplemente dejar que las naves espaciales desaparecidas se desplacen en órbita terrestre, ayuda a disminuir los desechos espaciales para crear un futuro más sostenible para la exploración espacial. Además, el vuelo de prueba evaluará el ensamblaje y la fabricación de robótica en órbita, que muchos ven como tecnología necesaria para el futuro, como hacer mantenimiento durante misiones humanas de larga duración en nuestro Sistema Solar y construir y mantener estructuras en órbita de la luna o Marte.

La idea original de una nave espacial de servicio satelital es una creación del destacado ingeniero de la NASA Frank Cepollina, quien tiene un historial de reparación de naves espaciales en órbita. Dirigió los equipos a cargo de la planificación y coreografía de las cinco misiones de servicio del Telescopio Espacial Hubble. Ayudó a diseñar las herramientas y los procedimientos especializados que los astronautas utilizarían para reparar y actualizar con éxito el Hubble, manteniendo el venerable telescopio en funcionamiento durante años más de lo previsto y permitiendo la instalación de mejores instrumentos y tecnología en cada misión sucesiva. También dirigió equipos que desarrollaron técnicas para reparar otros satélites durante los primeros días de la era del transbordador espacial.

«Para mí, es asombroso que simplemente arrojemos satélites a la órbita», me dijo Cepollina en 2016 cuando visité el Centro de Operaciones Robóticas en lo que entonces se llamaba la Oficina de Capacidades de Servicio de Satélites en el Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. «Parecía que deberíamos encontrar una manera de reparar estos satélites por razones económicas y por los beneficios científicos que podríamos obtener. Quería encontrar una manera de reparar y actualizar los satélites».

Cepollina, ahora de 85 años, se retiró recientemente de la NASA, pero ha sido mentor y capacitado de varias generaciones de ingenieros, sin renunciar nunca a su sueño de reparar satélites. Después de varias propuestas de misiones de servicio, el concepto fue reconocido oficialmente como una misión y alcanzó el estado de «elemento de línea» en el presupuesto de la NASA. Pero todavía queda mucho trabajo por hacer para estar listo para su lanzamiento en 2026.

«Cuando haces algo por primera vez, hay una gran cantidad de tecnología y procedimientos nuevos, e inherentemente te encuentras con obstáculos y contratiempos, y nosotros no somos diferentes», dijo Ross Henry, gerente de carga de servicio de OSAM-1, en una entrevista. con Universo Hoy. «Estamos lidiando con varios sistemas nuevos, como un nuevo sistema lidar (detección y rango de luz), un sistema de transferencia de propulsor único y dos brazos robóticos [uno es un respaldo redundante] que pueden usar once herramientas y adaptadores únicos, cada uno con un específico propósito como parte de la misión».

El objetivo principal del primer vuelo de prueba de OSAM-1 será repostar Landsat 7, que se encuentra a unos 705 km (440 millas) sobre la Tierra. Pero dado que Landsat 7, como muchos satélites, nunca estuvo destinado a ser reparado o incluso visto nuevamente, la nave espacial OSAM-1 no puede simplemente detenerse junto a otro satélite y conectar la manguera de combustible.

Primero, OSAM-1 deberá acercarse lo suficiente para que uno de los brazos del robot agarre el Landsat 7 y luego realice maniobras de acoplamiento, utilizando la abrazadera de acoplamiento original o el anillo Marman en el satélite.

«Entonces, hay mucho trabajo que tendremos que hacer para tener acceso al sitio de abastecimiento de combustible», explicó Henry. «Los operadores remotos de OSAM-1 tendrán que cortar el revestimiento térmico de aislamiento multicapa y quitarlo para exponer las válvulas de llenado/drenaje. Pero cuando se cerraron antes del lanzamiento, esas válvulas estaban cubiertas con cables de bloqueo, así que tendremos que entrar con tijeras especializadas y cortarlas. Además, hay tapas de seguridad redundantes que quitaremos».

Demostraciones en tierra en el Centro de Operaciones Robóticas del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA en Greenbelt, Maryland. Crédito: NASA

OSAM-1 transportará 122 kg (270 lb) de combustible y el plan es transferir 115 kg (250 lb) al Landsat 7, utilizando el brazo robótico y un sistema de manguera retráctil.

Por supuesto, todo esto sucede mientras ambas naves espaciales viajan a unos 26 500 km/h (16 500 mph). OSAM-1 lleva seis cámaras de operaciones de encuentro y proximidad para usar mientras se acerca a Landsat 7. Veintiuna cámaras adicionales son parte de un sistema de sensor de visión especializado para permitir que los teleoperadores vean las operaciones desde todos los ángulos, y los proyectores brindan iluminación para el trabajo. continúa incluso durante la noche orbital, lo que ocurre aproximadamente cada 50 minutos. El período orbital de Landsat 7 es de 99 minutos.

El Centro de operaciones robóticas de Goddard incluye un banco de pruebas especializado con paredes negras revestidas con cortinas para que, cuando se apaguen las luces, simule la oscuridad del espacio. Esto permite un entrenamiento totalmente inmersivo con maquetas a gran escala de Landsat 7 y OSAM-1.

Anteriormente, esta misión se conocía como Restore-L y se centraba únicamente en el reabastecimiento de combustible y la reparación. Pero en febrero de 2019 se agregó un nuevo componente a la misión, llamado Space Infrastructure Dexterous Robot (SPIDER).

«Esto agrega la parte de ‘ensamblaje y fabricación’ de OSAM-1», dijo Henry. «Una vez que terminemos con Landsat 7, lo lanzaremos y luego nos iremos y haremos la parte de ensamblaje y fabricación».

SPIDER incluye su propio brazo robótico de 5 metros (16 pies) de largo, lo que eleva a tres el número total de brazos robóticos que vuelan en OSAM-1. SPIDER ensamblará una antena de comunicaciones funcional de 3 metros (9 pies), construida con partes traídas al espacio, y demostrará la transmisión de banda Ka con una estación terrestre.

SPIDER también fabricará una viga compuesta liviana de 32 pies (10 metros) para verificar la capacidad de construir grandes estructuras de naves espaciales en órbita.

El desarrollo de todos los sistemas, herramientas y técnicas ha requerido aportes de varias áreas de la tecnología.

«Tenemos muchos ingenieros de nicho trabajando con nosotros que conocen estas cosas y las hacen día tras día», dijo Henry. «Algunos de nuestros ingenieros más singulares son los robóticos que saben cómo se construyeron los brazos y entienden los matices de las articulaciones y los mecanismos, como en qué posturas puede y no puede poner el brazo, o si falla una articulación del codo, ellos saben cómo todavía se puede mover el efector final con los otros seis actuadores. Tenemos una fuerza laboral realmente excelente que se ha sumergido profundamente en la parte técnica de esta misión durante varios años. Todos son líderes en su campo, no creo que hay otro equipo como ellos en el país o tal vez incluso en el mundo».

Encontrar un satélite candidato adecuado para ser el sujeto experimental de esta misión de demostración tomó varios años de negociaciones, dijo Henry, ya que los requisitos eran específicos y tenía que ser un satélite propiedad del gobierno.

Una unidad de diseño de ingeniería del brazo de servicio de la NASA, que se utilizará para la misión OSAM-1, se encuentra en el Centro de Operaciones Robóticas del Centro de Vuelo Espacial Goddard de la NASA. Crédito: NASA/Chris Gunn

«Necesitábamos una agencia gubernamental que estuviera dispuesta a que su satélite fuera el primero en demostrar esta tecnología», dijo Henry. «Landsat 7 cumple con los requisitos por varias razones. Está en una órbita de fácil acceso y está al final de su vida útil de misión en términos de generación de ciencia. Landsat 9 ya se lanzó y se está poniendo en servicio. por lo que su sucesor ya está en funcionamiento».

La misión científica nominal de Landsat 7 finalizó el 6 de abril de 2022 y su principal instrumento científico, el Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+), se puso en modo de espera. Pero sus veintidós años en funcionamiento siempre han proporcionado datos sustanciales sobre la gestión y evaluación de la cobertura terrestre, estudios de cambio global y para el mapeo.

La misión base y financiada para OSAM 1 es «uno y listo», donde una vez que complete el servicio, el reabastecimiento de combustible y luego la parte de ensamblaje y fabricación de la misión, está programado para ser desorbitado y se quemará en la atmósfera de la Tierra.

«Dicho esto, reconocemos que estamos volando un vehículo muy capaz con combustible disponible», dijo Henry, «así que hay muchas personas a las que les gustaría vernos hacer una misión de seguimiento mientras estamos en órbita. Pero a partir de ahora en este momento, no se ha anunciado ni financiado nada».

Henry dijo que se siente honrado y emocionado de liderar el esfuerzo para hacer realidad el sueño de Frank Cepollina de tener un verdadero «camión de remolque» de servicio satelital en órbita. Cepollina también tiene otro sueño, que las flotas de estos satélites con forma de grúa puedan construir estructuras en el espacio, no solo hábitats, sino también grandes telescopios espaciales con la capacidad de obtener imágenes directas de exoplanetas distantes, por ejemplo.

«Lo que estamos demostrando en la parte de ensamblaje y fabricación es sentar las bases para futuros avances en la búsqueda de vida extraterrestre y, con suerte, la colonización del Sistema Solar», dijo Henry. «Dentro de décadas, creo que podrá rastrear eso hasta que OSAM-1 fue la primera misión de EE. UU. en demostrar estas capacidades en órbita».

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