När satelliter går sönder, vilket är förvånansvärt ofta, det finns inte mycket du kan göra åt dem.

De blir dyrt och farligt flottgods, kretsar runt jorden i flera år eller generationer tills gravitationen så småningom drar dem till en brinnande död i atmosfären.

Professor Ou Ma vid University of Cincinnati konstruerar robotteknik för att fixa satelliter i omloppsbana i hans Intelligent Robotics and Autonomous Systems Lab. Han tänker sig robotsatelliter som kan docka med andra satelliter för reparationer eller tankning.

Ma sa att en miljon saker kan gå fel med varje satellituppskjutning. Men för de flesta av dessa fel, ingenting kan göras när satelliten är utplacerad.

En Intelsat-satellit på 400 miljoner dollar, storleken på en liten skolbuss, fungerade inte i år efter att ha nått en hög elliptisk omloppsbana, enligt SpaceNews. Några av de första 60 Starlink-satelliterna som skjutits upp av SpaceX fungerade inte heller i år, men deras låga omloppsbana om jorden är utformad för att förfalla till glömska på bara några år.

Det kanske mest berömda satellitfelet genom tiderna inträffade 1990 när rymdteleskopet Hubble användes endast för att NASA skulle lära sig att dess dyrbara spegel var skev. Ett efterföljande reparationsuppdrag ombord på rymdfärjan Endeavour 1993 ersatte spegeln för att ge häpnadsväckande bilder av universum.

Att skicka människor till rymden för satellitreparationer är oöverkomligt dyrt, sa mamma. Fyra efterföljande Hubble-serviceuppdrag som tillsammans kostade miljarder dollar utfördes av astronauter från rymdfärjan.

Felaktiga satelliter har förföljt de flesta internationella rymdprogram från Japan till Ryssland. Problemet är inte begränsat till jordens omloppsbana. 1999, en NASA orbiter kraschade in på Mars eftersom ingenjörer använde pounds istället för metriska newtons i thrusterprogramvara. Thrustrarna sköt med fyra gånger mindre kraft än förväntat och rymdfarkostens omloppsbana var kritiskt låg.

Oförmågan att reparera satelliter blir ett mer akut problem med varje uppskjutning, sa mamma.

"Stora kommersiella satelliter är dyra. De får slut på bränsle eller fungerar dåligt eller går sönder, " sa mamma. "De skulle vilja kunna gå upp dit och fixa det, men nuförtiden är det omöjligt."

NASA hoppas kunna ändra på det. År 2022, byrån kommer att skjuta upp en satellit som kan tanka andra satelliter i låg omloppsbana om jorden. Målet är att fånga upp och tanka en satellit från den amerikanska regeringen. Projektet som heter Restore-L förväntas ge proof of concept för autonoma satellitreparationer, sa NASA.

Ett Colorado-företag som heter Maxar tillhandahåller rymdfarkostens infrastruktur och robotarmar för projektet.

De flesta satelliter går ur bruk eftersom de tar slut på bränsletillförseln – inte på grund av ett kritiskt fel, sa John Lymer, chefsrobotiker för Maxar. Att bara tanka skulle vara en välsignelse för industrin, han sa.

"Du tar bort en perfekt satellit för att den tog slut på bensin, " han sa.

Lymer sa att han är bekant med det arbete Ma gör i sitt Intelligent Robotics and Autonomous Systems Lab.

"Du mamma, som jag har arbetat med i många år, arbetar med mötes- och närhetsorganisation. Det finns alla typer av tekniska lösningar där ute. Vissa kommer att vara bättre än andra. Det handlar om att få operativ erfarenhet för att ta reda på vems algoritmer som är bättre och vad som minskar operativ risk mest."

Lymer sa att branschen är redo att ta fart, skapa en välsignelse för flygteknikstudenter som de vid UC.

"Jag tror att det är framtiden. Vi kommer att krypa in i det - inte hoppa, " han sa.

I ma's labb, eleverna arbetar med den automatiserade navigeringen som satelliter kommer att behöva för att docka med andra satelliter i rymden. Det är en knepig affär eftersom en oavsiktlig gupp i noll tyngdkraft kan få ett eller båda fordonen att ramla.

"Det är lätt att få den att tumla i rymden eftersom ingenting håller den. Då blir satelliten ännu svårare att greppa. Om den börjar tumla, det kan tumla för evigt i princip. Det slutar inte av sig själv, " sa mamma.

Tekniska simuleringar kan förutsäga det dynamiska beteendet hos en målsatellit så att en annalkande satellit säkert kan arrestera den, han sa.

"Vi har simuleringsverktyg så därifrån kan vi exakt förutsäga dess beteende, " han sa.

"Att ta tag i något i rymden är verkligen svårt. Och att ta tag i något som ramlar i rymden är ännu svårare, ", sa mamma. "Du måste vara mycket noga med att förutsäga det dynamiska beteendet och utföra exakta kontroller så att du kan "avtumla" satelliten och försiktigt ta tag i den."

Ma jämförde fjärrbaserad satellitnavigering med den senaste förarlösa bilteknologin. I hans labb, eleverna testar dessa algoritmer med hjälp av en robot i skokartong som rör sig på något som ser ut som ett airhockeybord. Men det är roboten som tillför luftkudden som en miniatyrsvävare för att efterlikna rymdens mikrogravitationsmiljö.

Doktorand Andrew Barth förklarade hur det fungerar.

"Just nu är det bara en testbädd i grunden. Den har räckviddssensorer, kameror och en tröghetsmätenhet som du inte kan se under, " sa han. "Den rör sig med ställdon och åtta riktade propeller för att driva den runt bordet."

Även om det är begränsat till att röra sig på en X- och Y-axel, navigationskoncepten kan appliceras på tre dimensioner, sa Barth.

Ma arbetar också med den komplicerade robottekniken som krävs för att en satellit ska kunna göra fjärrreparationer. Hans labb har flera industriella robotarmar med sju leder som ger dem ett komplett rörelseomfång.

Den mest användbara reparationssatelliten kommer att kunna utföra flera uppgifter, sa mamma. Under sin karriär, han har arbetat med olika projekt relaterade till robotarmarna ombord på den internationella rymdstationen och det tidigare rymdfärjeprogrammet. Hans signatur svävar i omloppsbana på en utrustning ombord på rymdstationen.

"Den här roboten kommer att göra vissa kontrolltester av algoritmer och sensorteknologi, "Mamma sa, pekar på en robotarm i människostorlek i hans labb. "Vi simulerar inte ett specifikt uppdrag utan den testade nya tekniken som kan användas i framtida uppdrag."

I hans labb, Ma och UC senior forskarassistent Anoop Sathyan utvecklar robotnätverk som kan arbeta självständigt men tillsammans med en gemensam uppgift.

För deras senaste studie, Ma och Sathyan satte en grupp robotar på prov med ett nytt spel som använder strängar för att flytta en bifogad token till en angiven plats på ett bord. Eftersom var och en av robotarna bara kontrollerar en sträng, de behöver de andra robotarnas samarbete för att flytta token till rätt plats genom att öka eller slappna av spänningen på snöret som svar på varje robots handlingar.

Genom att använda en artificiell intelligens som kallas genetisk fuzzy logic, forskarna kunde få tre robotar och sedan fem robotar för att flytta poletten dit forskarna ville.

Deras resultat publicerades denna månad i tidskriften Robotica .

Forskarna fann att genom att använda fem robotar, kollektivet kunde klara uppgiften även om en av robotarna inte fungerade.

"Detta kommer att gälla särskilt för problem med ett större antal robotar där ansvarsskyldigheten för en enskild robot är låg, ", avslutade forskarna.

Ma har haft ett bestående intresse för rymden under större delen av sin karriär. Vid New Mexico State University, han designade en mekanisk sele som efterliknade låg gravitation. Elever som bär selen kunde "månen studsa" på ett löpband med en sjättedel av jordens tyngdkraft eller göra skyhöga dunkar på en basketkant.

Ma sa att fixering av satelliter i rymden blir en växande prioritet inom flygindustrin på grund av de höga kostnaderna för misslyckanden.

"Det är inte särskilt praktiskt än. Tekniken utvecklas fortfarande, " sa mamma. "Men jag tänker mig om fem eller tio år när tekniken är mogen, de kommer att börja kommersialisera detta för att gå ut och fixa satelliter."

Gordon Rösler, tidigare programledare vid U.S. Defense Advanced Research Projects Agency, berättade för Astronomy Magazine att oförmågan att reparera eller modifiera satelliter när de väl är uppskjutna är ingen ekonomisk mening.

"There is no other [example] where we build something that's worth a half-billion dollars or a billion dollars and never look at it again, " han sa.

Companies will have to build satellites with remote repair or service in mind. Most satellites today are too fragile even to grasp remotely without risking damage.

"So many satellites couldn't be serviced today even if you wanted to. New satellites will need access doors to accommodate basic repairs and docking targets to help with the approach, " student Barth said.

Time is of the essence. With every launch and every failed satellite, low Earth orbit is approaching the Kessler effect, the theory by Donald Kessler that satellite collisions could create a cascade of debris hampering the safety of future launches as depicted in the fictional 2013 Oscar-winning film "Gravity."

"Think of the speed of these objects. We're not talking about highway speed or even aircraft speed. They're traveling at 17, 000 mph, " sa mamma.

Ma said space is a field dominated by government agencies for the purposes of exploration and discovery. But the field is at the cusp of commercialization, which promises a wealth of aerospace engineering jobs for graduates who want to pursue them.

"Så småningom, the commercialization of space will be a big industry, " han sa.

His research is helping to push the frontiers of knowledge that will pave the way for future space projects.

"We're not developing an entire mission. We're developing the underlying technology, " Ma said. "Once the technology is proven, NASA or a commercial company would take it to the next step."

At a university where Neil Armstrong worked as an aerospace engineering professor, first steps can be big ones.