Archinaut

Archinaut — это проект по созданию и эксплуатации роботизированных систем для сборки, ремонта и обслуживания крупных конструкций в космосе, разрабатываемый компанией Made In Space (с 2021 года — подразделение компании Redwire Space). Проект направлен на автоматизацию процессов строительства космических аппаратов и инфраструктуры непосредственно на орбите, что позволяет преодолеть ограничения, связанные с запуском готовых конструкций с Земли.

История проекта

Проект Archinaut был официально анонсирован в 2016 году компанией Made In Space (США) при поддержке NASA. Основной целью разработки стало создание роботизированной платформы, способной производить и собирать крупные элементы космических аппаратов в условиях микрогравитации. В 2017 году NASA заключило с компанией контракт на сумму 20 миллионов долларов США на дальнейшую разработку и демонстрацию технологии.

В 2019 году проект перешёл в стадию наземных испытаний, в ходе которых была продемонстрирована возможность автономной сборки ферменных конструкций из напечатанных на 3D-принтере деталей. В 2021 году Made In Space была приобретена компанией Redwire Space, что позволило ускорить разработку и привлечь дополнительные инвестиции. В 2023 году проект получил одобрение NASA на проведение орбитальной демонстрации, запланированной на 2026 год.

Техническое устройство

Основные компоненты

Archinaut представляет собой модульную систему, состоящую из нескольких ключевых элементов:

• Роботизированные манипуляторы — два или более многосуставных манипулятора, способных перемещать, фиксировать и соединять элементы конструкций. Манипуляторы оснащены захватами и инструментами для сварки, склеивания и механического крепления.
• 3D-принтер — устройство для аддитивного производства деталей из полимерных и композитных материалов в условиях микрогравитации. Принтер способен печатать элементы длиной до нескольких метров.
• Система управления — автономный программно-аппаратный комплекс, обеспечивающий координацию действий роботов и принтера. Система использует машинное зрение и алгоритмы искусственного интеллекта для распознавания объектов и планирования операций.
• Базовый модуль — несущая платформа, к которой крепятся все компоненты системы. Модуль содержит источники питания, системы терморегуляции и связи.

Принцип работы

Процесс сборки начинается с печати на 3D-принтере базовых элементов конструкции (стержней, узлов, панелей). Затем роботизированные манипуляторы захватывают напечатанные детали, перемещают их к месту сборки и соединяют между собой. Соединение может осуществляться несколькими способами: механическим (винты, защёлки), сварным (лазерная или ультразвуковая сварка) или адгезивным (специальные клеевые составы). После завершения сборки одного сегмента система может переместиться к следующему участку или начать печать новых деталей.

Классификация и модификации

Проект Archinaut включает несколько модификаций, различающихся по назначению и функциональности:

• Archinaut One — демонстрационная версия, предназначенная для испытаний на низкой околоземной орбите. Оснащена одним манипулятором и принтером, способна собирать ферменные конструкции длиной до 10 метров.
• Archinaut Two — усовершенствованная версия с двумя манипуляторами и увеличенным принтером, способная собирать конструкции длиной до 50 метров. Предназначена для сборки антенн, солнечных панелей и других крупных элементов.
• Archinaut Pro — концептуальная версия для сборки космических станций и межпланетных аппаратов. Предполагает использование нескольких модулей, работающих совместно, и возможность ремонта существующих спутников.

Применение и значение

Основные области применения

• Сборка крупных космических конструкций — создание антенн, солнечных батарей, радиаторов и ферм для космических станций и телескопов. Например, Archinaut может быть использован для сборки гигантского телескопа, зеркало которого невозможно запустить с Земли в готовом виде.
• Ремонт и модернизация спутников — замена вышедших из строя блоков, дозаправка топливом, установка нового оборудования. Это позволяет продлить срок службы спутников и снизить затраты на запуски.
• Создание инфраструктуры для дальних миссий — сборка посадочных модулей, жилых модулей и топливных хранилищ на орбите Луны или Марса. Archinaut может быть доставлен на орбиту в компактном виде и развёрнут на месте.

Значение для космонавтики

Проект Archinaut решает проблему ограничений, связанных с размерами и массой полезной нагрузки, выводимой на орбиту. Традиционные космические аппараты проектируются с учётом габаритов обтекателя ракеты-носителя, что накладывает жёсткие ограничения на их размеры. Archinaut позволяет создавать конструкции, в несколько раз превышающие размеры обтекателя, что открывает новые возможности для научных и коммерческих миссий. Кроме того, автоматизация сборки снижает необходимость в дорогостоящих и рискованных выходах астронавтов в открытый космос.

Критика и ограничения

Несмотря на перспективность, проект Archinaut сталкивается с рядом технических и организационных проблем:

• Сложность автономной работы — в условиях космоса роботизированные системы должны работать с высокой точностью и надёжностью, что требует сложных алгоритмов и резервирования. Любой сбой может привести к повреждению конструкции или потере дорогостоящего оборудования.
• Ограничения по материалам — 3D-печать в микрогравитации имеет свои особенности, такие как отсутствие конвекции и сложности с подачей материала. Это ограничивает выбор материалов и точность печати.
• Высокая стоимость — разработка и запуск демонстрационных миссий требуют значительных финансовых вложений. Окупаемость проекта может быть достигнута только при массовом использовании технологии.
• Правовые и регуляторные вопросы — сборка и ремонт спутников на орбите поднимают вопросы собственности и ответственности, особенно если речь идёт о модернизации аппаратов, принадлежащих разным странам или компаниям.

Перспективы развития

В ближайшие годы планируется проведение орбитальной демонстрации Archinaut One, в ходе которой будет собрана ферменная конструкция длиной около 10 метров. В случае успеха проект может быть масштабирован для сборки элементов лунной орбитальной станции Gateway (проект NASA) и других крупных инфраструктурных объектов. Дальнейшее развитие Archinaut предполагает интеграцию с системами дозаправки и обслуживания спутников, а также создание полностью автономных производственных комплексов на орбите.

Источники

1. NASA. «Archinaut: In-Space Robotic Assembly and Manufacturing». NASA Technical Reports Server, 2017.
2. Made In Space, Inc. «Archinaut: A Platform for In-Space Manufacturing and Assembly». AIAA Space Conference, 2018.
3. Redwire Space. «Archinaut Program Overview». Redwire Corporate Publications, 2022.
4. NASA. «On-Orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing (OSAM)». NASA Fact Sheet, 2021.
5. Journal of Spacecraft and Rockets. «Robotic Assembly of Large Space Structures: A Review», vol. 58, no. 4, 2021.