Många tekniker som är nödvändiga för det dagliga livet – från kommunikation till GPS-navigering till väderprognoser – är beroende av de tusentals satelliter som kretsar runt jorden. När dessa satelliter får slut på gas och slutar fungera, det finns inte mycket som kan göras för att fixa dem just nu.

"När en satellit får slut på bränsle, och du har inget sätt att tanka den, att satelliten slutar fungera, sa John Wen, professor och prefekt för institutionen för elektriska, Dator, och systemteknik vid Rensselaer Polytechnic Institute. "När det händer, en ny satellit lanseras för att ersätta den befintliga satelliten."

Det är kostsamt, tidskrävande, och allt mer problematisk verklighet när nedbrutna satelliter blir en del av den växande populationen av rymdskräp. Ett team av forskare vid Rensselaer, leds av Wen, arbetar med NASA på en lösning:en robot som kan fånga en satellit i rymden och dra in den för att docka, där den skulle tanka.

"Vår del av forskningen är att specifikt titta på transport av en massiv satellit, vilket är långt över kapaciteten för denna robotarm på jorden under gravitation, " sa Wen.

Robotarmen byggs för NASA av Maxar Technologies för att vara 7 fot lång och tunn så att den kan fungera så effektivt som möjligt i rymden. Den har kugghjul och leder som gör att den kan hantera en stor satellit. Men dessa komponenter introducerar också flexibilitet, Wen sa, vilket lägger till ytterligare ett lager av komplexitet.

Forskarna vid Rensselaer arbetar med NASA för att utveckla komplexa algoritmer som kommer att kontrollera armens rörelse, gör det möjligt för den att exakt transportera och docka en satellit till en förtöjningsstation för tankning.

Wen jämför problemet med svårigheten att släpa en massiv buss längs isen i en hockeyrink. Ungefär som den hala isen, bristen på gravitation mildrar utmaningen att flytta ett tungt föremål, men det gör inte nödvändigtvis uppgiften att noggrant kontrollera dess rörelser mycket lättare.

"Det kommer inte att finnas någon människa i rymden som kan ingripa, " Sa Wen. "Allt förlitar sig på markoperatören. Så, vi måste göra omfattande simulering både i mjukvara, såväl som i hårdvara, för att se till att denna operation är säker."

Dessa simuleringar görs, både beräkningsmässigt och fysiskt, i Center for Automation Technologies and Systems Lab på Rensselaer. För fysiska simuleringar, laget använder en luftlageruppställning (ett airhockeybord, huvudsakligen) där en liten satellitmodell kan flyta längs ytan, simulerar en miljö med noll gravitation. En mindre robotarm modellerar rörelsen som kommer att behöva ske i rymden.

"Det är verkligen fantastiskt att arbeta med NASA på ett projekt där det finns en chans att det vi utvecklar faktiskt kommer att användas, sa Kimberly Oakes, en doktorand i elektroteknik. "Det är en möjlighet man inte får mycket inom forskningsområdet."

Wens team arbetar med Satellite Servicing Projects Division vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland, när de utvecklar en uppsättning tekniker som behövs för att tanka en satellit i omloppsbana. Bortom det, Wen ser andra ansökningar för detta arbete.

"Det blir allt svårare att flyga tunga laster i omloppsbana, så när vi pratar om ett månuppdrag, Mars uppdrag, etc, alltmer kommer monteringen att behöva göras i rymden, " sade Wen. "Robottekniken vi arbetar med nu kommer att vara grunden för sådant arbete i framtiden."