Robot zbudował konstrukcję na orbicie. Astronauci nie byli potrzebni

Na orbicie okołoziemskiej wydarzyło się coś, co dotychczas należało do zadań astronautów albo pozostawało w sferze planów inżynierów. Niewielki robot chwycił elementy konstrukcyjne, połączył je ze sobą i zbudował fragment kratownicy przyszłej anteny. Wszystko bez udziału człowieka przebywającego w kosmosie.

Eksperyment przeprowadzony przez Caltech i amerykańską agencję DARPA może zmienić sposób budowania satelitów, teleskopów i elektrowni orbitalnych. Co prawda robot nie ukończył całej zaplanowanej konstrukcji, ale udowodnił, że nie wszystkie urządzenia trzeba montować na Ziemi i wysyłać w kosmos w gotowej postaci.

30 marca 2026 r. z bazy Vandenberg w Kalifornii wystartowała rakieta Falcon 9 w ramach misji Transporter-16. Wśród wynoszonych ładunków znajdował się pojazd orbitalny Vigoride-7 firmy Momentus, a na jego pokładzie niewielkie urządzenie opracowane przez naukowców z California Institute of Technology. Mierzyło około 1 m3 i wyglądało raczej jak fragment przemysłowej maszyny, niż futurystyczny robot.

Urządzenie nazwano ASTRA, od Autonomous In-Space Tensioned Reflector Assembly. Jego zadaniem było zbudowanie na orbicie szkieletu anteny reflektorowej o średnicy 1,4 m. Zamiast wynosić gotową konstrukcję, inżynierowie spakowali do urządzenia kompozytowe rurki, aluminiowe łączniki i cienki materiał odbijający fale elektromagnetyczne.

Robot otrzymał również manipulator, który miał wyjmować poszczególne części z podajników i łączyć je w powtarzalne fragmenty kratownicy. Cały mechanizm przypomina automatyczną linię montażową, tyle że pracującą w nieważkości.

5 listopada Caltech i DARPA ogłosiły wyniki eksperymentu. ASTRA zdołała połączyć elementy konstrukcyjne bezpośrednio na orbicie, przeprowadzając pierwszą tego rodzaju demonstrację automatycznego montażu przestrzennej struktury. Zbudowano trzeci segment kratownicy, który dołączył do dwóch przygotowanych wcześniej na Ziemi. Nie była to jednak pełna antena. Docelowo konstrukcja miała składać się z 11 segmentów, a problemy techniczne i ograniczenia czasowe uniemożliwiły ukończenie całego projektu.

ASTRA nie przypomina humanoidalnych robotów, które potrafią chodzić, podnosić przedmioty i wykonywać skomplikowane ruchy dłońmi. Jej manipulator porusza się wzdłuż trzech osi i wykonuje powtarzalne operacje przypominające montaż konstrukcji z klocków.

Najpierw pobiera rurki i łączniki z podajników. Następnie układa je na płycie montażowej i spina w kolejny fragment kratownicy. Po wykonaniu szkieletu mechanizm ma dołączyć do niego cienką, perforowaną powierzchnię reflektora. Gotowy segment jest wypychany poza urządzenie, robiąc miejsce na budowę następnego.

Zastosowany materiał powstał we współpracy badaczy Caltechu i Uniwersytetu Pensylwanii. Dzięki niewielkim otworom wymaga mniejszego naprężenia niż tradycyjne metalowe siatki używane w antenach. Pozwala to ograniczyć masę konstrukcji nośnej, a właśnie masa jest jednym z największych problemów przy wynoszeniu sprzętu na orbitę.

Kierujący eksperymentem Sergio Pellegrino podkreśla, że podobne rozwiązania mogą w przyszłości umożliwić budowanie konstrukcji o rozmiarach przekraczających możliwości dzisiejszych rakiet. DARPA mówi nawet o strukturach mających setki metrów lub kilka kilometrów.

Zanim jednak powstaną takie giganty, trzeba opanować pozornie proste czynności: chwycenie elementu, właściwe ustawienie go i połączenie z kolejnym. Robot na orbicie wykonał właśnie taki pierwszy sprawdzian.

Brak astronautów nie oznaczał całkowitego braku ludzkiego nadzoru. Inżynierowie sterowali kolejnymi etapami misji z Ziemi, wysyłając polecenia do komputera ASTRA za pośrednictwem pojazdu Vigoride. Przebieg montażu sprawdzali na zdjęciach przesyłanych przez kamery zamontowane na urządzeniu.

Kiedy pojawiał się problem, nie mogli po prostu podejść do maszyny i poprawić źle ustawionego elementu. Na orbicie nie było nikogo, kto mógłby pomóc robotowi. Zespół dysponował za to jego niemal identycznym egzemplarzem pozostawionym w laboratorium.

Na tym naziemnym bliźniaku odtwarzano problemy napotkane podczas orbitalnego montażu. Inżynierowie sprawdzali różne rozwiązania, wybierali najbardziej obiecujące i dopiero wtedy przesyłali poprawione instrukcje do urządzenia krążącego wokół Ziemi.

Całą operację utrudniała przede wszystkim łączność. Badacze mieli zwykle zaledwie 7-8 okien komunikacyjnych dziennie, każde trwające około 15 minut. Pomiędzy nimi musieli analizować zdjęcia i przygotowywać następne polecenia.

Takie ograniczenia dobrze tłumaczą, dlaczego montaż zaledwie jednego nowego segmentu zajął tyle czasu. Urządzenie pracowało na orbicie od marca, a misja ma zakończyć się w grudniu. Zespół nie spodziewa się już ukończenia wszystkich 11 segmentów. Nie zmienia to faktu, że automatyczny montaż konstrukcji został przetestowany w rzeczywistych warunkach kosmicznych. Do dalszego rozwoju potrzebne będą jednak prostsze mechanizmy i procedury, które ograniczą liczbę interwencji zespołu naziemnego.

Pomysł ma rozwiązać problem, z którym konstruktorzy statków kosmicznych mierzą się tak naprawdę od początku ery lotów orbitalnych. Nawet największe rakiety mają ograniczone rozmiary osłon ładunku. Jeżeli satelita, antena albo teleskop ma średnicę większą niż dostępna przestrzeń, trzeba zaprojektować go tak, aby zmieścił się po złożeniu.

Najlepszym przykładem jest Kosmiczny Teleskop Jamesa Webba. Jego zwierciadło o średnicy 6,5 m musiało zostać złożone przed startem, a już w kosmosie rozłożyć swoje skrzydła i przejść skomplikowany proces ustawiania wszystkich 18 segmentów.

Im większa konstrukcja, tym trudniej zaprojektować niezawodne mechanizmy jej rozkładania. Niektóre urządzenia wymagają też tak dużej sztywności i precyzji, że ich składanie do transportu staje się ogromnym wyzwaniem.

Druga możliwość to wysyłanie fragmentów konstrukcji podczas kilku startów i łączenie ich w przestrzeni kosmicznej. Tak powstawała Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, której kolejne moduły montowano przez wiele lat z udziałem astronautów i robotycznych ramion.

Rakieta przewoziłaby kompaktowy zestaw części, a automatyczny montaż następowałby dopiero po dotarciu na orbitę. Przyszłe anteny i reflektory nie musiałyby więc być projektowane przede wszystkim pod kątem tego, jak zmieścić je pod osłoną rakiety.

Samodzielne urządzenia montażowe nie muszą całkowicie zastępować astronautów. Mogą natomiast przejmować prace, które są powtarzalne, długotrwałe albo nie wymagają podejmowania skomplikowanych decyzji przez człowieka.

We wrześniu 2025 r. opisywaliśmy autonomicznego robota Astrobee, który przeszedł testy na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. Niewielka maszyna wykorzystywała algorytmy uczenia maszynowego do samodzielnego poruszania się w mikrograwitacji. Jej zadania różniły się jednak od montażu stałej konstrukcji.

W kwietniu pisaliśmy także o projekcie Joyride, rozwijanym przez Voyager Technologies i Icarus Robotics. Ten robot ma w przyszłości wykonywać na stacjach kosmicznych czynności związane z logistyką, obsługą sprzętu i podstawowymi pracami serwisowymi.

Jeszcze inną kategorię stanowią orbitalne pojazdy naprawcze. Mission Robotic Vehicle firmy Northrop Grumman wyposażono w dwa ramiona, które mają umożliwiać obsługę satelitów na orbicie geostacjonarnej.

ASTRA jest urządzeniem mniej wszechstronnym, ale jej zadanie zostało precyzyjnie określone. Zamiast wykonywać wiele różnych czynności, ma wielokrotnie montować identyczne fragmenty konstrukcji. Taka specjalizacja może okazać się zaletą w przyszłych kosmicznych fabrykach.

Eksperyment powstał w ramach programu NOM4D, uruchomionego przez DARPA w 2022 r. Amerykańska agencja wojskowa chce opracować technologie umożliwiające budowę bardzo dużych konstrukcji poza Ziemią, z wykorzystaniem materiałów transportowanych rakietami.

W przypadku anten rozmiar może mieć bezpośrednie przełożenie na możliwości urządzenia. Większa powierzchnia reflektora ułatwia odbieranie słabych sygnałów radiowych albo kierowanie wiązek elektromagnetycznych. Podobna zasada dotyczy wielkich teleskopów, dla których rozmiar zwierciadła decyduje o ilości zbieranego światła.

Przeczytaj także:

Innym potencjalnym zastosowaniem są orbitalne elektrownie słoneczne. Takie systemy musiałyby dysponować bardzo rozległymi powierzchniami zbierającymi energię, co czyni ich transport w gotowej postaci szczególnie trudnym.

Sam Caltech od kilku lat bada takie rozwiązania. W 2024 r. zakończył eksperymenty z satelitą SSPD-1, który sprawdzał m.in. bezprzewodowe przesyłanie energii w przestrzeni kosmicznej. Do przyszłych orbitalnych fabryk może jednak prowadzić również inna droga. ESA zdołała już wydrukować w kosmosie metalową część, a badacze z Politechniki Wrocławskiej uczestniczą w rozwijaniu kompaktowej drukarki do metalu przystosowanej do mikrograwitacji.

Drukowanie elementów na orbicie i automatyczny montaż z gotowych części to odrębne technologie. W przyszłości mogłyby jednak pracować wspólnie: jedno urządzenie produkowałoby komponenty, a drugie łączyło je w większe struktury.

*Grafika wprowadzająca wygenerowana przez AI