Wissenschaftler entwickeln Roboter-Netzwerke für intelligente Satelliten

Wissenschaftler entwickeln derzeit unabhängige Roboter-Netzwerke, die zusammenarbeiten, um intelligente Satelliten zu erstellen. Diese intelligenten Satelliten könnten dann verwendet werden, um andere Satelliten im Weltraum zu reparieren. Derzeit ist es extrem schwierig, etwas gegen defekte Satelliten zu unternehmen, was sehr häufig vorkommt. Da es keine echte Lösung gibt, umkreisen die teuren Satelliten die Erde jahrelang, bis sie durch die Schwerkraft in die Atmosphäre zurückgezogen werden.

Ou Ma, ein Professor an der University of Cincinnati, entwickelt Robotik-Technologie, um die umkreisenden Satelliten zu reparieren, bevor sie ausfallen. Er leitet das Intelligent Robotics and Autonomous Lab an der Universität und möchte Roboter-Satelliten erstellen, die in der Lage sind, mit anderen Satelliten zu docken, um Reparaturen und Betankungen durchzuführen.

Der beste Reparatur-Satellit wird in der Lage sein, mehrere Aufgaben auszuführen, so Ma. Er hat eine lange Karriere mit verschiedenen Projekten, die mit Roboter-Armen auf der Internationalen Raumstation und dem ehemaligen Space-Shuttle-Programm zu tun haben.

Im Labor arbeiten Ma und der Senior-Forschungsassistent Anoop Sathyan an Robotik-Netzwerken, die unabhängig und kooperativ an einer gemeinsamen Aufgabe arbeiten.

In ihrer neuesten Studie verwendeten die beiden ein Gruppe von Robotern und testeten sie mit einem neuen Spiel, bei dem es darum ging, ein an einem Seil befestigtes Token mit Hilfe von anderen Robotern zu einem Zielort auf einem Tisch zu bewegen. Jeder Roboter kontrolliert ein Seil, daher benötigen sie die Hilfe anderer, um das Token an die richtige Stelle zu bewegen. Dazu geben sie das Seil frei oder erhöhen die Spannung auf das Seil als Reaktion auf die Aktionen jedes Roboters.

Das Team verwendet eine künstliche Intelligenz, die als genetische Fuzzy-Logik bezeichnet wird, und es gelang ihnen, drei Roboter, später fünf, das Token an die gewünschte Stelle zu bewegen.

Die Ergebnisse der Forschung und Experimente wurden in der Zeitschrift Robotica dieses Monats veröffentlicht.

Als die Forscher fünf verschiedene Roboter verwendeten, stellten sie fest, dass die Aufgabe auch dann abgeschlossen werden kann, wenn einer von ihnen ausfällt.

“Dies wird besonders bei Problemen mit größeren Zahlen von Robotern der Fall sein, bei denen die Ausfallrate eines einzelnen Roboters gering sein wird”, schlussfolgerten die Forscher.

Laut Ma hat jeder Satellitenstart die Möglichkeit, zahlreiche Probleme zu verursachen, und es ist fast immer unmöglich, etwas dagegen zu unternehmen, sobald der Satellit ausgesetzt ist.

Anfang dieses Jahres funktionierte ein 400-Millionen-Dollar-Intelsat-Satellit, der so groß war wie ein kleiner Schulbus, nach Erreichen einer hohen elliptischen Umlaufbahn nicht mehr. Auch einige der ersten 60 Starlink-Satelliten, die von SpaceX (SPCX ) gestartet wurden, funktionierten in diesem Jahr nicht mehr. Im Falle von SpaceX waren die Satelliten so konzipiert, dass sie die Erde in geringer Höhe umkreisten, was dazu führte, dass sie nach einigen Jahren in die Atmosphäre zurückkehrten.

Der bekannteste Fall ereignete sich 1990, als das Hubble-Weltraumteleskop ausgesetzt wurde. Die NASA erfuhr später, dass der Spiegel verdorben war, und eine nachfolgende Reparaturmission an Bord des Space Shuttle Endeavour fand 1993 statt. Diese Mission sollte den Spiegel ersetzen und es ermöglichen, Bilder des Universums zur Erde zurückzusenden.

Das Senden von Menschen in den Weltraum, um Satelliten zu reparieren, ist extrem teuer, so Ma. Die Missionen können Milliarden von Dollar kosten und sind schwierig durchzuführen.

Die Probleme werden bei jedem Satellitenstart immer deutlicher.

“Große kommerzielle Satelliten sind teuer. Sie gehen leer oder funktionieren nicht mehr oder brechen zusammen”, sagte Ma. “Sie möchten hinaufgehen und sie reparieren, aber heute ist das unmöglich.”

Die NASA plant, 2022 einen Satelliten zu starten, der in der Lage ist, andere Satelliten in niedriger Erdumlaufbahn zu betanken. Sie werden einen US-Regierungs-Satelliten abfangen und betanken. Das Projekt heißt Restore-L und soll den Beweis für autonome Satellitenreparaturen liefern, so die NASA.

Das Unternehmen Maxar aus Colorado wird für die Infrastruktur des Raumfahrzeugs und die Roboter-Arme des Projekts verantwortlich sein.

Laut John Lymer, dem Chef-Roboteriker bei Maxar, versagen die meisten Satelliten, weil sie leer laufen.

“Sie nehmen einen perfekt funktionierenden Satelliten außer Betrieb, weil er kein Benzin mehr hat”, sagte er.

“Ou Ma, mit dem ich viele Jahre zusammengearbeitet habe, arbeitet an Rendezvous und Nahbereichsorganisation. Es gibt viele technische Lösungen. Einige werden besser sein als andere. Es geht darum, operative Erfahrungen zu sammeln, um herauszufinden, deren Algorithmen besser sind und was das operationale Risiko am meisten reduziert.”