Космически манипулатори. Дизайн на Буран: бордови системи Манипулатори с изкуствен интелект за космически кораби

Интервю

21.09.2016 09:41

РУСКИ ВЕСТНИК. АЛЕКСАНДЪР ГРЕБЕНШИКОВ. АВАТАР, ПОЗНАВАМ ТЕ!

Държавната корпорация РОСКОСМОС ще отдели почти 2,5 милиарда рубли за създаване на роботи за работа в открития космос. Какви „механични астронавти“ са необходими извън космическата станция? През какви тестове преминават „кибернетите“, преди да бъдат допуснати в орбита? Кой руски робот геолог е предназначен за Марс? Това разказва пред RG Александър ГРЕБЕНШИКОВ, ръководител на лабораторията по космическа роботика в Централния научноизследователски институт по машиностроене (ЦНИИМаш).

- Александър Владимирович, тогава какви роботи са необходими за работа в космоса?

Първоначално това са роботи за оперативна поддръжка на извънкорабни дейности на астронавтите. Тоест асистенти. И след това роботи, които „самостоятелно“ ще извършват поддръжка на оборудване и компоненти на външните повърхности на станцията. Например визуална проверка, технологични и ремонтни операции, поддръжка на научни инструменти и др.

-Какви са основните изисквания към кибер астронавтите?

Основното нещо е да се гарантира безопасността на хората наблизо и самия обект - станция или кораб. Тоест действията на роботите не трябва да водят до извънредни или необичайни ситуации. Второто е ефективната функционалност на робота. И трето, неговата висока надеждност и устойчивост на вредни фактори в космоса.

Роботизираните аватари ще бъдат най-универсалните машини за сложни операции на Луната и други планети. И какви предимства предлагат?

Две са безспорни: намаляване на рисковете за живота и здравето на екипажа при работа в открития космос, както и намаляване на разходите. Мога да кажа, че всеки час работа на астронавтите навън струва, според различни оценки, от 2 до 4 милиона долара. Цифрите говорят сами за себе си. В допълнение, използването на роботи в бъдеще за извършване на рутинни операции на пилотирани станции ще освободи допълнително време на екипажа за почивка или решаване на други неотложни проблеми.

Доколкото знам Русия вече е разработила първата роботизирана система, която ще помага на астронавтите в открития космос? Или по-точно прототип?

Да, разработките на дизайна са в ход от три години. Въз основа на първоначалните данни от ЦНИИМаш, предприятието Android Technology създаде наземен прототип на андроидния космически робот SAR-401. В края на 2014 г. в КЗП им. Ю.А. Гагарин бяха извършени функционалните му тестове. Роботът в дистанционен режим под управлението на оператор успешно изпълнява стандартни операции: превключва превключватели, грабва инструменти, работи с механични ключалки, електрически конектори, инспектира повърхността с помощта на телевизионни камери, осветява работната зона на астронавтите, спуска и повдига козирката на шлема на скафандъра и избърса стъклото на прозореца.

По-късно бяха разработени предварителни проекти на роботизирана транспортна и манипулационна система за подпомагане на дейности извън кораба, както и на антропоморфния робот Andronaut. Разработени са прототипи и са проведени лабораторни тестове.

Как изглежда руският космически робонавт? През какви тестове трябва да премине, преди да излезе в орбита?

Що се отнася до робота SAR-401, той прилича на човек. Но засега без крака: по-целесъобразно е да го преместите по космическата станция с помощта на транспортен манипулатор. Неговите „ръце“ и „пръсти“ имат същите размери и степен на подвижност като тези на човек, а контролът се осъществява с помощта на екзоскелет, носен от оператора. Роботът точно повтаря всички движения на оператора, който дистанционно управлява работата с помощта на шлем за виртуална реалност в стерео изображения. Излъчва се от телевизионни камери, разположени в „главата“ на робота.

Преди да излезе в орбита, роботът трябва да премине редица сериозни тестове: термичен вакуум, устойчивост на вибрации и радиация, електромагнитна съвместимост и много други.

- Тук важно ли е единството на форма и съдържание? В каква посока се движи дизайнерската мисъл?

Що се отнася до робота android, без съмнение. Структурно той трябва да бъде напълно кинематично подобен на човек. Само тогава той ще може да извършва „фини“ операции, характерни за двигателните умения на човешките ръце и пръсти. Освен това хуманоидният външен вид на робота е по-подходящ за изпълнение на функцията на психологическа подкрепа на астронавтите.

Космически роботи паяци, роботи змии, роботи маймуни и др. - това полет на фантазия ли е за дизайнерите? Или такива форми се дължат на необходимост?

В някои случаи такива форми се дължат на необходимост. Например паякоподобните роботи са по-подходящи за изкачване на стръмни и рохкави склонове на кратери. Те са по-стабилни и могат да се изтеглят с крака на манипулатора дори от обърната позиция. Но за движение в тесни лабиринти или тръби - змиевидни.

- Какви материали се разработват за защита на роботите от радиация, микрочастици и микрометеорити?

Електронният "пълнеж" на робота е защитен от микрочастици от тялото му. Изработен е от традиционни космически материали: алуминиеви сплави, титан, композити. Като част от мехатронните и електронните системи на робота ще се използват устойчиви на радиация компоненти и електрически и радио продукти и ще се използват методи за резервиране на критични компоненти и системи.

Много учени твърдят: в космоса трябва да работят само автоматични машини, няма абсолютно никаква нужда да рискувате човек. Но един от космонавтите веднъж каза: „Когато излизахте в открития космос, нещо трябваше да бъде заменено. Контролният център казва: "Вземете ключа за 14." Взех го и когато се приближих до системата, разбрах: трябва да има друг ключ. Ще изпълни ли робот задачата ми с ключ 14? Не. И го направих." Оказва се, че роботите не могат всичко?

Наистина, все още не могат да бъдат създадени роботи с усъвършенстван изкуствен интелект, които да заменят напълно хората във всички ситуации в космоса. И не само там. В много случаи обаче няма алтернатива на роботите в космоса. Това се отнася за извършването на такава опасна и трудоемка работа, като например поддръжка на космически атомни електроцентрали в близко бъдеще, строителни и монтажни работи за създаване на лунни и планетарни бази, изследване на астероиди и далечни планети. Но в същото време роботите ще бъдат контролирани или контролирани от човек. Ето защо в момента се работи активно за подобряване на интерфейсите робот-човек, както и адаптивното автономно поведение на роботите и груповото взаимодействие на роботите помежду си.

- Какво космическо бъдеще очаква роботизираните аватари? Трудни ли са за управление?

Аватари на роботи, т.е. хуманоидните роботи (андроиди), управлявани от човек и копиращи неговите движения, в бъдеще ще бъдат най-универсалните машини за извършване на сложни операции върху космически обекти в околоземното пространство, на Луната и други планети. Методите за управление на андроидите сега се развиват активно. И управлението на андроиди, разбира се, изисква известно обучение.

Защо учените казват, че аватарите ще могат да работят само близо до Земята? Например на Луната или космическите станции? Поради забавяне на сигнала?

Това е често срещан проблем при дистанционно управление от телеоператор. Ако сигналите за обратна връзка се забавят повече от две секунди, може да възникне несъответствие в действията на човека-оператор и робота. И това е провал на задачата. В близост до Земята (при пряка радиовидимост) закъсненията на контролните сигнали са относително малки - по-малко от 0,2 секунди.

Що се отнася до Луната, общото забавяне (там и обратно) вече е повече от 2,5 секунди. Това предизвика например трудности при управлението на съветския луноход. Следователно е по-добре да контролирате аватари на Луната от лунна орбитална станция или от отделения под налягане на лунна база. И също така използвайте методи за надзорен контрол с елементи на изкуствен интелект, включително разпознаване на изображения, автономна навигация и вземане на решения.

- Какво се случва сега с руските роботи SAR-401 и Andronaut? Кога могат да отидат на работа в космоса?

На базата на SAR-401, като част от космическия експеримент Teledroid, ще бъде произведен летателен прототип, който ще бъде доставен на МКС през 2020 г. На новия научен и енергиен модул на руския сегмент, под управлението на космонавт, той ще извършва извънкорабен режим. Що се отнася до Andronaut, тази система най-вероятно ще бъде разработена като средство за психологическа и информационна подкрепа за астронавта в орбиталната станция. Подобен на японския хуманоиден робот Киробо.

- Какви роботи има в момента на МКС?

На външната повърхност на МКС има космически манипулатор Canadarm2 с „дюза“ Dextre, японски манипулатор JEMRMS за обслужване на нехерметизираната платформа EF на модула Kibo и два руски механични товарни манипулатора Strela. Вътре в МКС са американският андроид робот Robonaut R2 и японската „кукла-робот“ Kirobo.

Американците предричат страхотно бъдеще на паякоподобните роботи SpiderFab, които ще строят космически къщи. Що за система е това?

SpiderFab ще се използва за изграждане на космически структури. Тук има две основни технологии. На първо място, устройство, наречено Trusselator, което сега се тества успешно в лаборатория: това е един вид синтез на 3D принтер и плетачна машина. От едната страна на цилиндричното тяло има макара с конец (устройството използва въглеродни влакна като суровина), а от другата има екструдер, през който се екструдират трите главни тръби на бъдещата ферма. Фермата се укрепва чрез навиване с резба. В резултат на това устройство с дължина около метър може да създаде ферма с дължина десетки метри.

След това устройство, наречено робот Trusselator, използвайки манипулатор и специална машина за заваряване, ще може да свързва оригиналните ферми в големи сложни конструкции и да ги покрива със слънчеви панели, отразяващ филм и да извършва други операции в зависимост от целите на мисията.

Като цяло технологията SpiderFab ще ни позволи да преминем към производството на комични структури, дълги километри! Понастоящем конструкциите, които се изпращат в космоса, имат огромен излишък на безопасност, за да издържат на претоварване по време на изстрелването. Обикновено такива тежки конструкции не са необходими в космоса, но са необходими много големи размери, например за интерферометрични телескопи. Устройствата SpiderFab ще ви позволят да изградите точно такива структури: леки, с големи размери и с ниска цена на жизнения цикъл.

Трябва да се каже, че идеята за създаване на големи ферми с голяма дължина в космоса е изследвана от съветски учени още в края на 80-те години на миналия век. За целта TsNIIMash планира да използва монтажен блок за ферми, базиран на космически кораб с два софтуерни манипулатора, който ще сглобява ферма от стандартни пръти от въглеродни влакна в софтуерен режим, присъединявайки ги към възловите елементи. Пръчките и елементите са взети от касетъчния склад на борда на апарата. Всеки прът е снабден в двата края със специално проектирани магнитомеханични, самозатягащи се ключалки без луфт. С помощта на същите манипулатори, след сглобяването на всяка секция, цялата ферма беше преместена обратно по ролкови водачи, вътре в монтажния възел на кухата ферма, освобождавайки място за изграждане на следващата секция на фермата.

Бяха произведени магнитно-механични ключалки, прътови елементи, възли и процесите на роботизирано сглобяване на секции на ферми с помощта на съветски индустриални роботи RM-01 бяха тествани на мащабни макети. Както можете да видите, технологията SpiderFab всъщност е възраждане на добре позната идея на ново технологично ниво с помощта на 3D печат.

- Каква роботизирана космическа ръкавица разработиха американците? Имаме ли нещо подобно?

RoboGlove е проектиран да увеличи силата на захващане на човек в космоса. При създаването му са използвани технологии, използвани при разработката на хуманоидния робот Robonaut. НАСА заяви, че използването на такава ръкавица може да намали натоварването на мускулите на човек с повече от половината. В Русия подобни ръкавици не са разработени отделно, а в текущите изследвания се обръща внимание на силовия екзоскелет.

Наскоро видях видео: бъдещо устройство за почистване на космически отпадъци, разработвано от ESA, се учи как да хваща дронове. интересно Какво предлагат руските роботици за решаване на този проблем?

В момента в Русия се провеждат изследвания по проблемите на обслужването на космическите обекти, включително проблема с обезвреждането на космическия боклук. Провеждат се изследвания в областта на дизайна и търсенето, включително разработването на космически кораби с манипулатори за улавяне на отработени спътници, техните фрагменти и впоследствие да ги отведат до специална така наречена орбита за изхвърляне или в земната атмосфера, където ще изгорят, когато паднат.

- Фантазия или реалност е робот за ремонт на сателити?

Днес това вече не е фантазия, но все още не е реалност. И в чужбина, и у нас се провежда изследователска работа, насочена към решаването на този наболял проблем. Ремонтът на скъпи спътници в космоса ще увеличи техния активен живот, като по този начин ще намали разходите за поддържане на необходимия състав от сателитни съзвездия. Но за това е необходимо да се промени идеологията за създаване на самите сателити и космически кораби, да се направи

тяхната ремонтопригодност поне на ниво подмяна на стандартни стандартизирани елементи и блокове. И този проблем трябва да бъде решен от конструкторите на нови перспективни спътници и космически кораби.

Имат ли руски дизайнери планове за разработване на нови роувъри за Марс? Да кажем, че американците залагат на Valkyries, за които се твърди, че са много по-напреднали като възможности от Curiosity. какво имаме

В Русия е разработен дизайнът на универсалната самоходна платформа „Робот Геолог“. Той ще бъде оборудван с манипулатор, каротажна и сондажна платформа и целия комплекс от научни инструменти, необходими за извършване на геоложки и геофизични изследвания на повърхността на Луната и Марс. Включително сеизмично разузнаване с помощта на серия от експлозии, събиране и доставка на стратифицирани почвени колони от дълбочина до 3 м по маршрут с дължина до 400 км и т.н. Развитието ни позволява да се придвижим близо до развойната работа по създаването на такива марсоход, който не отстъпва по функционалност на Curiosity.

Визитка

ГРЕБЕНШИКОВ Александър Владимирович, роден през 1958 г. Висше образование, завършва радиотехническия отдел на Московския енергиен институт през 1981 г. Професионално се занимава с космическа роботика от 1986 г., работейки в главния научен институт на РОСКОСМОС, ФГУП ЦНИИмаш. Ръководител на лабораторията по космическа роботика на Федералното държавно унитарно предприятие ЦНИИМаш, експерт на Експертния съвет на Националния център за развитие на технологиите и основните елементи на роботиката на Фонда за напреднали изследвания на Руската федерация.

Текст: Наталия Ячменникова

Руски вестник - Федерален брой № 7080 (212)

Московски авиационен институт

(Национален изследователски университет)

Технология на производство на части

Резюме по темата:

Космически манипулатори

Завършен чл. гр. 06-314

Зверев М.А.

Проверено:

Береговой В.Г.

Москва 2013 г

Манипулатори на модули на ДОК "Мир"

В дългосрочния орбитален комплекс (станция) "Мир" (DOK) манипулаторите бяха използвани като част от модулите, както на сменяемите модули, така и на базовия блок. Тези манипулатори се различават по своите задачи и изпълнение.

На модулите Kvant-2, Spectrum, Kristall и Priroda е монтиран манипулатор на външните им повърхности в близост до основната докинг станция. Основната задача на този M беше след скачване с базовия блок (към надлъжния докинг блок PxO) да прекачи модула към друг докинг блок, чиято ос лежи в равнините на стабилизация I-III. II-IV. Същият манипулатор е използван за пренареждане на модули по време на работа на комплекса. За тези операции са монтирани 2 специални докинг единици на външната сферична повърхност на PxO между равнините на стабилизация под сферичен ъгъл 45 0, към които е закачен манипулаторът на модула. След докинг с този възел, модулът се откачи от надлъжния докинг възел и се премести до най-близкия свободен „перпендикулярен“ докинг възел, условно към I-II или III-IV. Този манипулатор трябва да се класифицира като транспортен (транспортиращ) манипулатор, работещ по програма от точка до точка.

Базови манипулатори (“Стрела”)

Класът на транспортните манипулатори включва и „товарната система“ „Стрела“, монтирана на базовия блок на комплекса. Тази система е предназначена за транспортиране на товари от модулите до повърхността на базовия блок. След формирането на „звездния” дизайн на ДОК всички изходни люкове на хранилището бяха заети и необходимото оборудване можеше да се достави само от вторите крайни люкове на модулите. За да се улесни работата на екипажа, на повърхността на DOK бяха монтирани две „стрели“, на стабилизиращите равнини II и IV на местата, където беше закрепен обтекателят на главата. На фиг.1. Посочена е работата, която изискваше помощта на този манипулатор.

Диаграма и снимка на „Стрелата“ са представени на фиг. 1.

Домашни механични манипулатори " Стрелка", направен под формата на телескопичен прът, разположен около две оси, се използва на МКС за придвижване на астронавтите по външната повърхност на станцията. На модула са монтирани кранове "Кей"<#"654688.files/image004.gif"> <#"654688.files/image005.gif">

Dexter прилича на торс без глава, снабден с две изключително подвижни ръце с дължина 3,35 м. Тялото от три метра и половина има ос на въртене в „талията“. Корпусът е снабден с устройство за захващане в единия край, чрез което Canadarm 2 може да го хване и да прехвърли SPDM към всяко орбитално заместващо устройство (ORU) на станцията. В другия край на тялото има роботизиран задвижващ механизъм, практически идентичен с органа Kandarm, така че SPDM може да бъде прикрепен към устройствата за захващане на ISS или може да се използва за разширяване на функционалността на Kandarm2.

И двете SPDM рамена имат седем шарнира, което им дава същата гъвкавост като Canadarm 2, комбинирана с по-голяма прецизност. В края на всяко рамо има система, наречена Orbital Replacement Unit/Tool Changeout Mechanism (OTCM). Тя включва вградени хващачи, прибираща се глава, монохромна телевизионна камера, подсветка и разделен конектор. който осигурява захранване, обмен на данни и видеонаблюдение на полезния товар.

В долната част на тялото на Dexter има чифт ориентиращи се камери за цветни изображения с осветление, платформа за съхранение на ORU и кобур за инструменти. Кобурът е оборудван с три различни инструмента, използвани за изпълнение на различни задачи на МКС.

Манипулатор Canadarm

беше роботизирана ръка, първоначално предназначена за използване на борда на космически кораб. Canadarm беше пуснат в експлоатация през 1975 г. и за първи път полетя през 1981 г. и беше голямо техническо развитие в историята на човешките космически полети. Canadarm демонстрира потенциалните приложения на роботизираните устройства в космоса и също така се утвърди в инженерството в изследването на космоса. Няколко повторения на устройството са произведени за използване на борда на различни мисии.Състои се от дълги рамена с примки, управлявани роботизирано от пилотската кабина. Canadarm е официално известна като система за въртящ се дистанционен манипулатор (SRM) и е предназначена за астронавти да преместват полезни товари в или извън космически кораби. Може да се използва и за други задачи, вариращи от ремонт на телескопа Хъбъл до сглобяване на Международната космическа станция (МКС). Второто поколение апарати "Канадарм-2" бяха инсталирани на МКС.

Развойната дейност по различни аспекти на космическите полети може да бъде възложена от агенции като Националната администрация по аеронавтика и изследване на космоса (НАСА). Докато агенциите често предпочитат да работят с местни компании, международното сътрудничество не е необичайно, както се вижда от използването на Canadarm. НАСА поръча устройство, което може да се използва за контролиране на трансфера на полезни товари и потенциално да се използва за други дейности в космоса, където се изисква обекти да бъдат заснети и манипулирани. По време на разгръщането им, различните модели Canadarm никога не са се провалили, въпреки че са били унищожени през 2003 г. в резултат на природни бедствия.

Canadarm е използван за първи път на борда на космическата совалка Columbia по време на мисията STS-2 през 1981 г. По време на работата си манипулаторът Canadarm участва в 50 мисии и извърши 7000 оборота около Земята, работейки без нито един отказ. Роботизираната ръка беше използвана за захващане на телескопа Хъбъл, преместване и разтоварване на повече от 200 тона компоненти на МКС и придвижване на астронавти.

Манипулаторът беше разположен в товарното отделение на совалката, управляван дистанционно от кабината. Има 6 степени на свобода. Принципът на действие на механизма за заснемане е подобен на този на диафрагмата на камерата.

Характеристики:

Дължина - 15,2 м (50 фута);

Диаметър - 38 см (15 инча);

Собствено тегло - 410 kg (900 lb);

Тегло като част от цялостната система - 450 кг

Дистанционно управляваният манипулатор (RMS) "CANADARM" беше инсталиран на космическата совалка. Има възможност за създаване на две рамена на ДУМ. Само една ръка може да работи едновременно. Основната цел на RMS (RMS) е транспортните операции:

доставка на предмети от организираната престъпна група, поставяне на обекти в организираната престъпна група, придвижване на космонавти, назначени на „Дистанционно работно място“ (RWP) до обекта на организираната престъпна група;

осигуряване на технологични операции:

поддържане, осигуряване, позициониране на инструмент и човек.

RMS Canadarm е проектиран и произведен от Spar Aerospace. Разработка и производство на първия образец - 70 милиона долара. Следващите 3 „оръжия“ са произведени за 60 милиона долара. Бяха направени общо 5 (оръжия 201, 202, 301, 302 и 303) и прехвърлени на НАСА. Рама 302 е загубена при катастрофата на Challenger. Срок на експлоатация - 10 години, 100 полета.

Диаграмата на манипулатора RMS Canadarm е показана на фиг. 2.

Дизайн

Бялото покритие на конструкцията, работещо като термостатно оборудване за поддържане на необходимата температура на оборудването във вакуумни условия, предотвратява повишаването на температурата на ръката под слънчевите лъчи и се издава срещу космическия студ, когато ръката е на сянка.

	15,2 м (50 фута)

Тегло на Земята	410 кг (905 фунта)
Скорост на движение	Ненатоварен: 60 см в секунда - натоварен: 6 см в секунда
Стрели на горно и долно рамо	Въглероден композитен материал
	Три степени на движение (pitch/yaw/roll)
	Една степен на движение (стъпка)
	Две степени на движение (наклон/наклон)
Транслационен ръчен контролер	Движение на ръката надясно, нагоре, надолу напред и назад
Ротационен ръчен контролер	Контролира наклона, въртенето и отклонението на рамото

Експлоатация

Canadarm е използван за първи път на борда на космическата совалка Columbia по време на мисия. STS-2<#"654688.files/image008.gif">

След катастрофата на космическата совалка "Колумбия" (полет STS-107<#"654688.files/image009.gif">

Европейски ERA манипулатор.

МанипулаторКИБО”

Схемата на японския модул на МКС JEM е показана на фиг. 4. Физическите параметри на модула са представени в таблица 3.

Японската експериментална единица "Кибо", което означава надежда, е първата японска орбитална лаборатория. "Kibo" се състои от четири модула:

Научна лаборатория (РМ):

Това е централната част на блока, която ще позволи да се извършват всички видове експерименти в условия на нулева гравитация. Вътре в модула са монтирани 10 експериментални блока. Самият модул е с размерите на автобус.

Експериментален багажен модул (ELM-PS):

Играе ролята на склад за оборудване, в който са разположени подвижни контейнери. Те могат да бъдат транспортирани на космическата совалка.

Външна товарна единица (EF):

Постоянно е в открития космос. Ще се използва за депониране на отпадъци. Съдържа сменяеми контейнери за боклук, които се изхвърлят, когато са пълни.

Манипулаторно рамо (JEM RMS):

Той ще обслужва външния товарен блок. Основното рамо носи тежки предмети, докато малкото подвижно рамо се използва за деликатна работа. Рамото на манипулатора е оборудвано с видеокамера, която позволява прецизен контрол на движенията на ръката.

Малки блокове за багаж също ще бъдат прикрепени към всички модули.

Физически параметри:

Таблица 3.

Литература

1 http://www.myrobot.ru

http://www.dailytechinfo.org

http://ru.wikipedia.org

Дизайн



	410 кг (905 фунта)
Скорост на движение	Ненатоварен: 60 см в секунда Натоварен: 6 см в секунда
Стрели на горно и долно рамо	Въглероден композитен материал
	Три степени на движение (наклон/наклон/въртене)
	Една степен на движение (стъпка)
	Две степени на движение (наклон/наклон)
Транслационен ръчен контролер	Движение на ръката надясно, нагоре, надолу напред и назад
Ротационен ръчен контролер	Контролира наклона, въртенето и отклонението на рамото

Експлоатация

Canadarm е използван за първи път на борда на космическата совалка Columbia по време на мисия. STS-2през 1981 г. По време на работата си манипулаторът Canadarm участва в 50 мисии и извърши 7000 оборота около Земята, работейки без нито един отказ. . Манипулаторът е използван за захващане на телескопа Хъбъл, преместване и разтоварване на повече от 200 тона компоненти на МКС и придвижване на астронавти.

След катастрофата на космическата совалка "Колумбия" (полет STS-107) в началото на 2003 г. Съветът за разследване на произшествия на Колумбия (CAIB) формира мандат за подобряване на програмата за совалки. Едно от изискванията към НАСА беше разработването на добавка („чифт“) за Canadarm под формата Сензорна система на орбиталната стрела(OBSS), който трябва да съдържа инструменти за проверка на външната повърхност на долната част на совалката TSR преди връщане. Въз основа на технологията и опита, придобити от MDA (бивш Spar Aerospace) при създаването на няколко поколения космически манипулатори, MDA разработи разширение на Space Shuttle: роботизирана стрела, способна да извършва инспекции в орбита на системите за термична защита на совалката. Приспособлението за инспекция (IBA) имаше основна роля при проверката на системата за термична защита на совалката.

Главна информация

Inspection Rod се основава на съществуващи решения на Canadarm и по същество е със същия дизайн, с изключение на това, че ставите на рамото бяха заменени с алуминиеви адаптери, ефективно закрепващи адаптерите в гнездото. Върхът на стрелата е проектиран да побира и взаимодейства с набор от сензори за оценка на системата за термична защита на совалката.

С тегло 211 килограма (без сензори) и около 15 метра дължина, IBA беше приблизително със същия размер като Canadarm на совалката. По този начин IBA беше разположен на борда на кораба, където първоначално трябваше да бъде монтиран употребяваният "Механизъм за задържане". В орбита Canadarm на совалката и Canadarm2 на ISS ще вземат IBA с помощта на грайфер

2:10 03/10/2016

1 👁 984

Вероятно всеки е виждал снимки поне веднъж. Кой според вас е най-важният компонент в него? Жилищни пространства? Лабораторни модули? Антиметеорни панели? Не. Можете да правите без модул. Но без космически манипулатори – нищо. Те служат за разтоварване и товарене на кораби, подпомагат докингирането и позволяват извършването на всякаква външна работа. Без тях станцията е мъртва.

Еволюцията е дарила човека с удивително съвършени манипулатори – ръцете. С тяхна помощ можем да творим чудеса. Противоположният палец и гъвкавите стави правят ръцете почти перфектен инструмент. Не е чудно, че човек използва собствените си ръце като прототип за много механични конструкции. И космическите манипулатори не са изключение. Не са много от тях.

Най-известната (и в момента използвана на МКС) мобилна система е MSS, по-често наричана Canadarm2, въпреки че всъщност Canadarm2 е само един от нейните елементи. Системата е разработена от канадската компания MDA Space Missions за Канадската космическа агенция и е разработка на по-простото устройство Canadarm, използвано на американските совалки.

В близко бъдеще трябва да бъде пусната „конкурентна“ система, European Robotic Arm (ERA), разработена от специалисти от Европейския център за космически изследвания и технологии, базиран в холандския Нордвейк. Но на първо място.

Кленов лист

Системата MSS се състои от три основни компонента: главен манипулатор (SSRMS, известен още като Canadarm2); манипулатор със специално предназначение (SPDM, известен още като Dextre) и базова система за мобилни услуги (MBS).

MBS по същество е базовата платформа, върху която са инсталирани манипулаторите. Той значително разширява зоната на покритие на Canadarm2. Когато „ръката“ е монтирана на MBS, тя придобива подвижна основа, способна да се движи по повърхността на станцията по релси със скорост до 2,5 cm/s. Освен това към MBS могат да се прикрепят тежести - по този начин, след като вземе една тежест, манипулаторът може да я „паркира“ на MBS и да посегне към друга.

Основният манипулатор на системата всъщност е 17,6-метров SSRMS, оборудван със седем моторизирани шарнира. Собственото му тегло е 1800 кг, а максималното тегло на товара, движен от манипулатора, може да достигне 116 тона (!). Въпреки това, при липса на гравитация, това не е толкова голямо число; тя е ограничена преди всичко от влиянието на инерционните сили.

По време на мисията STS-134 манипулаторът Shuttle Canadarm прехвърля товара към манипулатора ISS Canadarm2 - палет за транспортиране и съхранение за инсталиране на орбиталната станция.

Най-интересният елемент от системата е Dextre, двурък, почти хуманоиден телескопичен манипулатор. Той се появи на МКС много по-късно - през 2008 г. с мисията STS-123. Външно Dextre прилича на 3,5-метров човек без глава с ръце, дълги 3,35 м. Интересното е, че долната част може да бъде прикрепена както към MBS, така и към самия Canadarm2, като по този начин го удължава допълнително и позволява по-деликатни операции.

В краищата на ръцете на Dextre са монтирани механизми OTCM (ORU/Tool Changeout Mechanisms) с вградени „челюсти“-грабери, телевизионна камера и прожектори. Освен това механизмите имат гнездо за сменяеми инструменти, които се съхраняват в „тялото“.

Като цяло, комбинацията от MBS, Canadarm2 и Dextre позволява да се „затворят“ нуждите на по-голямата част от станцията - преместване на товари с различни размери, докинг модули, трансфер на астронавти от точка до точка. За всяка функция има различни инструменти за „прикачване“. Основният контролен панел се намира на американския модул Destiny, активиран през февруари 2001 г., вторичният е на модула за преглед на European Cupola (инсталиран през 2010 г.).

MSS е доста способен да разтоварва совалки, да премества астронавти по време на космически разходки и да докингира нови модули. Но една система манипулатор все още не е достатъчна - особено като се има предвид постепенното разрастване на МКС и появата на все повече и повече нови единици и лаборатории. Ето защо за модула Kibo, пуснат през 2008 г., японците разработиха собствен манипулатор, предназначен за местни нужди.

Червен кръг

Всичко е съвсем просто: с увеличаване на броя на модулите, MBS просто спира да „достига“ до различни краища на МКС. Освен това в някои ситуации има цяла опашка за използване на системата на манипулатора. По този начин новите модули за доста скромни лабораторни нужди изискват независими „ръце“.

Визуално сравнение: долният манипулатор е SSRMS (Canadarm2), горният е японски JEMRMS. Изпълнението на съвместна задача е като ядене с клечки.

Първият знак в тази област беше манипулаторът JEMRMS, където JEM е японският експериментален модул (японски експериментален модул), а RMS е системата за дистанционен манипулатор (система с контролиран манипулатор). JEMRMS е инсталиран над шлюза на модула Kibo и позволява оборудването да бъде заредено или извадено.

JEMRMS се състои от два елемента - основната „ръка“ (Main Arm, MA) и спомагателната, предназначена за фина работа (Small Fine Arm, SFA). Малката "ръка" е инсталирана върху голямата - точно както Dextre може да бъде продължение на Canadarm2. По същество японският манипулатор е по-малък и опростен вариант на темата MSS, управляван от един локален модул и изпълняващ задачи в рамките на своите ограничени нужди.

дванадесет звезди

Съдейки по очертаващите се тенденции, след 10-15 години МКС ще бъде „обрасла“ с малки манипулатори, като таралеж с игли. Освен това всеки от тях ще намали общата роля на оригиналния Canadarm2, създавайки здравословна конкуренция. По-специално, през зимата на 2013-2014 г. (изстрелването вече беше отложено няколко пъти, нова дата е условно определена за декември) друг модул, „натоварен“ с манипулатор, ще лети до станцията.

Роботът Dextre (SPDM) е инсталиран на върха на манипулатора Canadarm2 - това позволява на последния да изпълнява по-деликатни задачи, а на първия значително да разшири обхвата на действие.

Този път модулът ще бъде руски - това е многофункционалният лабораторен комплекс "Наука", а манипулаторът ще е европейски. ERA (European Robotic Arm) е създадена в изследователския център на Европейската космическа агенция в холандския град Нордвейк. По робота са работили десетки инженери от цял свят.

ERA ви позволява да премествате малки товари (с тегло до 8 тона) вътре и извън модула. Освен това манипулаторът е пригоден да носи и държи астронавти по време на външна работа, което сериозно ще спести време при движение в открития космос. Много по-лесно е незабавно да бъдете хвърлени с помощта на манипулатор, отколкото да „пълзите“ дълго време и внимателно по повърхността на модула. В първоначалната си конфигурация ERA беше наречен "Чарли Чаплин" заради отличителната си форма на "тяло" в сгънато положение.

Интересното е, че на повърхността на модула ще има няколко закрепвания за манипулатора, а „рамото“ е „двустранно“, тоест е симетрично, в двата края има гнезда, които могат да се използват за инсталиране на инструменти, или могат да работят като крепежни елементи. По този начин не е необходимо ERA да бъде твърдо фиксиран на едно място. Той може самостоятелно да се „премести“ на друго място, като първо фиксира единия край там и след това разкопчае другия от първоначалната точка на инсталиране. По същество ERA може да „ходи“.

Манипулаторът Canadarm2 изпълнява първата официална задача като част от МКС: той пренася съвместното отделение за въздушен шлюз Quest в модула American Unity (мисия STS-104)

Манипулаторът има три сегмента. В центъра има лакътна става, която работи в една равнина, а в краищата има комбинация от „стави“, които могат да променят позицията на „ръката“ в различни равнини. Общата дължина на манипулатора в разгънато състояние е 11 m, а точността на позициониране на обекта е 5 mm.

Сърп и чук

Трябва да се каже, че манипулаторите на Международната космическа станция имат история, която се простира назад в миналото, когато все още не е имало МКС. По-специално, Canadarm2 е разработен на базата на технологии, тествани на друг манипулатор - Canadarm. Създаден е в края на 70-те години на миналия век и за първи път излетя в космоса през 1981 г. със совалката Колумбия (мисия STS-2).

Това беше 15-метрова космическа „ръка“ с шест степени на свобода. Именно с помощта на Canadarm - още преди появата на по-модерни системи - цялата база на МКС беше монтирана, сглобена и т.н. В продължение на много години Canadarm беше не просто основният, но единственият космически манипулатор с няколко сегмента , тоест изградена на принципа на човешката ръка. Последната мисия, която го използва, беше STS-135 през юли 2011 г.; днес можете да го видите само в музей. Например копие от совалката „Индевър“ се съхранява в Канадския аерокосмически музей в Отава.

Но възниква един въпрос. Днес Русия активно си сътрудничи с други държави в областта на изследването на космоса. На какви манипулатори са използвани например? През 90-те години на миналия век това бяха именно „Канадарми“, тъй като през 1994 г. стартира съвместната руско-американска програма „Мир-Шатъл“. А преди това най-важните работни устройства на "Мир" бяха крановете "Стрела" (GSt).

Днес два крана Стрела се използват на руския сегмент на МКС. По дизайн те са коренно различни от сегментните манипулатори - имат 15-метрова телескопична конструкция. Той може да се свива и върти, но има значително по-малко степени на свобода от Canadarm или ERA. Освен това всеки от модулите на "Мир" беше оборудван с роботизирана ръка със захват - нещо като малък безсегментен кран-манипулатор. Те са използвани предимно за инсталиране на нови модули на станцията.

Въпреки това, за Буран, Централният научноизследователски и развоен институт по роботика и техническа кибернетика някога е разработил съветски аналог на Канадарм - манипулатора Stork. По дизайн той практически не се различава от Canadarm - същите шест степени на свобода, две леки връзки от въглеродни влакна („рамо“ и „лакът“). Но "Щъркел", доста технически перфектен, нямаше късмет.

Програмата "Буран" беше спряна само след един тестов полет, по време на който не беше монтирана роботизираната ръка. "Щъркелите" никога не са били използвани в космоса; Освен това техните разработки дори не обслужваха нуждите на Мир и МКС. В резултат на това този манипулатор беше успешно тестван на щанда, но остана един от мащабните незавършени проекти на съветската епоха.

Ръчна изработка

Систематизирайки информацията, можем да заключим, че с увеличаването на броя на страните, участващи в МКС, ще се увеличи и разнообразието от манипулатори. Отначало се задоволиха с един „Канадарм“ (а на „Мир“ - „Стрела“), след това МКС изискваше разширена система - появиха се Канадарм2 и Декстр. Сега всеки нов модул изисква собствена товарна система - така са разработени JEMRMS и ERA. С течение на времето руският сегмент също ще трябва да се занимава със собствени разработки, особено след като има технологии, създадени и тествани за Aist.

Вероятно всеки поне веднъж е виждал снимки на МКС. Кой според вас е най-важният компонент в него? Жилищни пространства? Лабораторни модули? Антиметеорни панели? Не. Можете да правите без модул. Но няма начин без космически манипулатори. Те са служили за разтоварване и товарене на кораби, помощ при докинг и позволяват извършването на всякаква външна работа. Без тях станцията е мъртва.

Лято 2005 г. Астронавтът Стивън Робинсън стои на платформата за крака, монтирана на манипулатора SSRMS или Canadarm2 (мисия STS-114).

Тим Скоренко

Не са много от тях. Най-известната (и в момента използвана на МКС) мобилна система е MSS, по-често наричана Canadarm2, въпреки че всъщност Canadarm2 е само един от нейните елементи. Системата е разработена от канадската компания MDA Space Missions за Канадската космическа агенция и е разработка на по-простото устройство Canadarm, използвано на американските совалки. В близко бъдеще на станцията трябва да бъде изпратена „конкурентна“ система, Европейската роботизирана ръка (ERA), разработена от специалисти от Европейския център за космически изследвания и технологии, базиран в холандския град Нордвейк. Но на първо място.

15 юли 2001 г. Манипулаторът Canadarm2 изпълнява първата си официална задача като част от МКС: той пренася съвместното отделение за въздушен шлюз Quest в модула American Unity (мисия STS-104).

Кленов лист

Международната космическа станция е пусната в експлоатация през 1998 г., а на 19 април 2001 г. към нея потегля американският космически кораб STS-100, превозващ товар от изключителна важност. Основната задача на екипажа беше да достави дистанционния манипулатор SSRMS (Canadarm2) на МКС и да го инсталира. Системата беше успешно инсталирана - тя се превърна в глобалния принос на Канадската агенция за изграждането на международната станция. Системата MSS се състои от три основни компонента: главен манипулатор (SSRMS, известен още като Canadarm2); манипулатор със специално предназначение (SPDM, известен още като Dextre) и базова система за мобилни услуги (MBS).

18 май 2011 г. По време на мисията STS-134 манипулаторът Shuttle Canadarm прехвърля товара към манипулатора ISS Canadarm2 - палет за транспортиране и съхранение за инсталиране на орбиталната станция.

В краищата на рамената на Dextre са монтирани механизми OTCM (ORU/Tool Changeout Mechanisms) с вградени „челюсти“-захвати, телевизионна камера и прожектори.Освен това механизмите имат гнездо за сменяеми инструменти, които се съхраняват в „торс“.

2008 г Визуално сравнение: долният манипулатор е SSRMS (Canadarm2), горният е японски JEMRMS. Изпълнението на съвместна задача е като ядене с клечки.

Като цяло комбинацията от MBS, Canadarm2 и Dextre ни позволява да „затворим“ нуждите на по-голямата част от станцията - да преместваме товари с различни размери, докинг модули, да прехвърляме астронавти от точка до точка. За всяка функция има различни инструменти за „прикачване“. Основният контролен панел е разположен на американския модул Destiny, активиран през февруари 2001 г., а вторичният контролен панел е на прегледния European Cupola (инсталиран през 2010 г.).

2008 г Роботът Dextre (SPDM) е инсталиран на върха на манипулатора Canadarm2 - това позволява на последния да изпълнява по-деликатни задачи, а на първия значително да разшири обхвата на действие.

Червен кръг

JEMRMS се състои от два елемента - основната „ръка“ (Main Arm, MA) и спомагателната, предназначена за фина работа (Small Fine Arm, SFA). Малката "ръка" е инсталирана върху голямата - по същия начин, по който Dextre може да бъде продължение на Canadarm2. По същество японският манипулатор е по-малък и опростен вариант на темата MSS, управляван от един локален модул и изпълняващ задачи в рамките на своите ограничени нужди.

дванадесет звезди

2013 година. Поради факта, че манипулаторът ERA в момента съществува само в лабораторни условия, на художниците се предоставя пълна свобода на действие. На скицата е показан ERA, поддържащ космонавт (не космонавт! - модулът е руски) по време на работа в открития космос.

Сърп и чук

Това беше 15-метрова космическа „ръка“ с шест степени на свобода. Именно с помощта на Canadarm - дори преди появата на по-модерни системи - беше монтирана цялата основа на МКС, телескопът Хъбъл беше сглобен и т.н. В продължение на много години Canadarm беше не само основният, но и единственият космически манипулатор с няколко сегмента, тоест изграден на принципа на човешката ръка. Последната мисия, която го използва, беше STS-135 през юли 2011 г.; днес можете да го видите само в музей. Например копие от совалката „Индевър“ се съхранява в Канадския аерокосмически музей в Отава.

Но възниква един въпрос. Днес Русия активно си сътрудничи с други държави в областта на изследването на космоса. Какви манипулатори са използвани например на гара Мир? През 90-те години на миналия век това бяха именно „Канадарми“, тъй като през 1994 г. стартира съвместната руско-американска програма „Мир-Шатъл“. А преди това най-важните работни устройства на "Мир" бяха крановете "Стрела" (GSt).

Днес два крана Стрела се използват на руския сегмент на МКС. По дизайн те са коренно различни от сегментираните манипулатори - имат 15-метрова телескопична конструкция. Той може да се свива и върти, но има значително по-малко степени на свобода от Canadarm или ERA. Освен това всеки от модулите на "Мир" беше оборудван с роботизирана ръка със захват - нещо като малък безсегментен кран-манипулатор. Те са използвани предимно за инсталиране на нови модули на станцията.

1988 г Манипулаторът „Щъркел” на стойка, симулиращ безтегловност. Симулира се монтирането на манипулатора от десния борд на Буран, в точките на съчленяване устройството е окачено на специални възли.

Въпреки това, за Буран, Централният научноизследователски институт по роботика и техническа кибернетика някога е разработил съветски аналог на Канадарм, манипулаторът Щъркел. По дизайн практически не се различаваше от Canadarm - същите шест степени на свобода, две леки връзки от въглеродни влакна („рамо“ и „лакът“). Но "Щъркел", доста технически перфектен, нямаше късмет.

Ръчна изработка

И ако Китай реализира своята грандиозна програма Tiangong („Небесен дворец“), тогава през следващите години редиците на космическите манипулатори ще бъдат попълнени със значителен брой китайски модели. Въпреки това марката „Произведено в Китай“ звучи доста гордо в наши дни, особено когато става дума за космически технологии.