NASA planerar ett uppdrag för att demonstrera förmågan att reparera och uppgradera satelliter i jordens omloppsbana. Uppdraget, kallat OSAM-1 (On-orbit Servicing, Assembly, and Manufacturing-1), kommer att skicka en robotfarkost utrustad med robotarmar och alla verktyg och utrustning som behövs för att fixa, tanka eller förlänga satelliternas livslängder, även om de satelliter var inte konstruerade för att betjänas i omloppsbana.

Den första testflygningen av OSAM-1 är planerad till uppskjutning tidigast 2026 och kommer att gå till låg omloppsbana om jorden för att mötas, brottas och docka med Landsat 7, en jordobservationssatellit som har varit i omloppsbana sedan 1999. Uppdraget kommer att genomföra en det första tankningstestet i sitt slag, flytta sedan satelliten till en ny bana. Även om vissa delar av uppdraget är autonoma, kommer mänskliga teleoperatörer att utföra mycket av procedurerna och manövrarna på distans från jorden.

NASA säger att reparation av satelliter – istället för att bara låta nedlagda rymdfarkoster driva i jordens omloppsbana – hjälper till att minska rymdskräp för att skapa en mer hållbar framtid för rymdutforskning. Dessutom kommer testflygningen att bedöma om kretsloppsrobotmontering och tillverkning, som många ser som teknologi som behövs för framtiden, som att utföra underhåll under långvariga mänskliga uppdrag i vårt solsystem och konstruera och underhålla strukturer i omloppsbana om månen eller Mars.

Den ursprungliga idén för en satellitbetjänande rymdfarkost är skapad av den noterade NASA-ingenjören Frank Cepollina, som har en historia av att reparera rymdfarkoster i omloppsbana. Han ledde teamen som ansvarade för planering och koreografering av de fem serviceuppdragen för Hubble Space Telescope. Han hjälpte till att designa de specialiserade verktyg och procedurer som astronauter skulle använda för att framgångsrikt reparera och uppgradera Hubble, hålla det ärevördiga teleskopet i drift i flera år längre än beräknat och tillåta bättre instrument och teknik att installeras i varje påföljande uppdrag. Han ledde också team som utvecklade tekniker för att reparera andra satelliter under de första dagarna av rymdfärjans era.

"För mig är det häpnadsväckande att vi bara skulle kasta iväg satelliter i omloppsbana," sa Cepollina till mig 2016 när jag turnerade i Robotic Operations Center på det som då kallades Satellite Servicing Capabilities Office vid NASA:s Goddard Space Flight Center. "Det verkade att vi borde hitta ett sätt att fixa dessa satelliter av ekonomiska skäl och för de vetenskapliga fördelarna vi kunde dra. Jag ville hitta ett sätt att fixa och uppgradera satelliter."

Cepollina, nu 85 år, gick nyligen i pension från NASA, men han har handlett och utbildat flera generationer av ingenjörer, utan att ge upp sin dröm om att reparera satelliter. Efter flera förslag om serviceuppdrag erkändes konceptet officiellt som ett uppdrag och uppnådde status som "radpost" i NASA:s budget. Men det återstår fortfarande mycket arbete för att vara redo för lansering 2026.

"När du gör något för första gången, det finns en hel del ny teknik och procedurer, och du stöter på vägspärrar och bakslag, och vi är inte annorlunda", säger Ross Henry, OSAM-1 Servicing Payload Manager, i en intervju med Universe Today. "Vi har att göra med flera nya system, som ett nytt lidar-system (Light Detection and Ranging), ett unikt drivmedelsöverföringssystem och två robotarmar [en är en redundant backup] som kan använda elva unika verktyg och adaptrar, var och en med en specifik syfte som en del av uppdraget."

Det primära målet för OSAM-1:s första testflygning kommer att vara att tanka Landsat 7, som ligger cirka 705 km (440 miles) över jorden. Men eftersom Landsat 7 – liksom många satelliter – aldrig var avsedda att servas eller ens setts igen, kan rymdfarkosten OSAM-1 inte bara dra upp bredvid en annan satellit och koppla upp bränsleslangen.

Först måste OSAM-1 komma tillräckligt nära för att en av robotarmarna ska kunna gripa Landsat 7 och sedan utföra dockningsmanövrar med den ursprungliga dockningsklämman eller Marman-ringen på satelliten.

"Då finns det mycket arbete vi måste göra för att få tillgång till tankningsplatsen," förklarade Henry. "OSAM-1:s fjärroperatörer kommer att behöva skära i den flerskiktiga isoleringsvärmefilten och flytta den ur vägen för att exponera påfyllnings-/dräneringsventilerna. Men när de stängdes före lanseringen var dessa ventiler täckta med låstrådar, så vi måste gå in med specialiserade saxar och klippa dem. Dessutom finns det överflödiga säkerhetskåpor som vi tar bort."

OSAM-1 kommer att bära 122 kg (270 lbs) bränsle, och planen är att överföra 115 kg (250 lbs) av det till Landsat 7, med hjälp av robotarmen och ett infällbart slangsystem.

Naturligtvis sker allt detta medan båda rymdfarkosterna färdas i cirka 26 500 km/h (16 500 mph). OSAM-1 har sex rendezvous- och närhetskameror för användning när de närmar sig Landsat 7. Ytterligare tjugoen kameror är en del av ett specialiserat synsensorsystem som gör det möjligt för teleoperatörerna att se operationerna från alla vinklar, och strålkastare ger belysning för arbete för att fortsätta även under omloppsnatten, vilket händer ungefär var 50:e minut. Landsat 7:s omloppstid är 99 minuter.

Goddards Robotic Operations Center inkluderar en specialiserad testbädd med svarta, gardinkantade väggar så att när ljusen är avstängda simulerar den rymdens mörker. Detta möjliggör helt uppslukande träning med fullskaliga modeller av Landsat 7 och OSAM-1.

Tidigare var detta uppdrag känt som Restore-L och fokuserade enbart på tankning och reparation. Men i februari 2019 lades en ny komponent till uppdraget, kallad Space Infrastructure Dexterous Robot (SPIDER).

"Detta lägger till "montering och tillverkning"-delen av OSAM-1, säger Henry. "När vi är klara med Landsat 7 släpper vi den och går sedan iväg och utför monterings- och tillverkningsdelen."

SPIDER inkluderar sin egen 5 meter långa robotarm, vilket ger det totala antalet robotarmar som flyger på OSAM-1 till tre. SPIDER kommer att montera en funktionell 3-meters (9 fot) kommunikationsantenn, konstruerad av delar som tagits med till rymden, och kommer att demonstrera Ka-bandsöverföring med en markstation.

SPIDER kommer också att tillverka en 32 fot (10 meter) lätt kompositstråle för att verifiera förmågan att konstruera stora rymdskeppsstrukturer i omloppsbana.

Utvecklingen av alla system, verktyg och tekniker har krävt input från flera teknikområden.

"Vi har många riktigt nischade ingenjörer som arbetar med oss ​​som kan det här och gör det dag ut och dag in", sa Henry. "Några av våra mest unika ingenjörer är robotfolket som vet hur armarna byggdes och förstår nyanserna i lederna och mekanismerna - som vilka poser du kan och inte kan sätta armen i, eller om en armbågsled misslyckas, de vet hur du fortfarande kan flytta sluteffektorn med de sex andra ställdonen. Vi har en riktigt bra arbetsstyrka som har dykt djupt i den tekniska delen av det här uppdraget i flera år. De är alla ledande inom sitt område, det har jag inte tror att det finns ett annat lag som dem i landet eller kanske till och med världen."

Att hitta en lämplig satellitkandidat för att vara försöksämnet för detta demonstrationsuppdrag tog flera år av förhandlingar, sade Henry, eftersom kraven var specifika och det måste vara en statlig satellit.

"Vi behövde en statlig myndighet som var villig att låta deras satellit vara den första att demonstrera denna teknik," sa Henry. "Landsat 7 passade räkningen av ett antal skäl. Den är i en omloppsbana som är lättillgänglig, och den är i slutet av sin livslängd när det gäller att generera vetenskap. Landsat 9 har redan lanserats och tas i bruk, så dess efterträdare är redan uppe och fungerar."

Landsat 7:s nominella vetenskapsuppdrag avslutades den 6 april 2022 och dess primära vetenskapsinstrument, Enhanced Thematic Mapper Plus (ETM+) placerades i standby-läge. Men dess tjugotvå år i drift har tillhandahållit betydande data om markbeläggning och bedömning, studier av globala förändringar och för kartläggning.

Det finansierade och baslinjeuppdraget för OSAM 1 är "ett och klart", där när den väl har slutfört service, tankning och sedan monterings- och tillverkningsdelen av uppdraget, är den planerad att brytas ut och kommer att brinna upp i jordens atmosfär.

"Med det sagt inser vi att vi flyger ett mycket kapabelt fordon med bränsle tillgängligt," sa Henry, "så det finns många människor som skulle vilja se oss göra ett uppföljningsuppdrag medan vi är i omloppsbana. Men från och med just nu har ingenting meddelats eller finansierats."

Henry sa att han är hedrad och glad över att leda arbetet med att förverkliga Frank Cepollinas dröm om att ha en "bärgare" i omloppsbana. Cepollina har också en annan dröm, att flottor av dessa bärgningsbilsliknande satelliter skulle kunna bygga strukturer i rymden, inte bara habitat, utan stora rymdteleskop med förmågan att direkt avbilda avlägsna exoplaneter, till exempel.

"Det vi visar i monterings- och tillverkningsdelen är att lägga grunden för framtida framsteg i sökandet efter utomjordiskt liv och förhoppningsvis koloniseringen av solsystemet," sa Henry. "Decennier från och med nu tror jag att du kommer att kunna spåra det tillbaka till att OSAM-1 var det första amerikanska uppdraget att demonstrera dessa förmågor i omloppsbana." + Utforska vidare

NASA:s robotbaserade OSAM-1-uppdrag slutför kritisk designgranskning