GMV erprobt erfolgreich einen Roboter zur Montage und Wartung von Strukturen in der Erdumlaufbahn
Das multinationale Technologieunternehmen GMV hat im Rahmen des Projekts MIRROR (Multi-arm Installation Robot for Readying ORUS and Reflectors) der Europäischen Weltraumagentur (ESA) die Prüfungen zur Bodenvalidierung eines Weltraumroboters für die Montage von Strukturen in der Erdumlaufbahn abgeschlossen. Die Tests fanden im Platform-art®, einem Roboterlabor von GMV in den Einrichtungen von GMV in Tres Cantos (Madrid) statt, in dem einige der Bedingungen simuliert werden können, die der Roboter bei zukünftigen Weltraummissionen antreffen wird.
Die Weltraumrobotik wurde von den bedeutendsten Akteuren der Raumfahrt in Europa und weltweit als Schlüsseltechnologie für die Zukunft der Branche erkannt. Sowohl die europäische Raumfahrtagentur (ESA) als auch die Europäische Kommission (EK) finanzieren mehrere Entwicklungen in Verbindung mit der Orbitalrobotik, um ein Ökosystem aus Raketen, Orbitallogistik und komplexen Robotersystemen zu schaffen, das eine Präsenz im Weltraum und nachfolgend dessen umweltfreundliche und langfristig nachhaltige Nutzung ermöglicht.
GMV entwickelt unter anderem für diese Weltraumanwendungen bestimmte Systeme und Technologien. Ein Beispiel sind dabei die für den Dienst in der Umlaufbahn bestimmten Robotersysteme, mit denen Satelliten im Weltraum repariert, gewartet, ausgebaut und aufgetankt werden können, um so ihre Lebensdauer zu verlängern, große Orbitalplattformen wie Antennen, Weltraum-Solarparks oder Teleskope neu montiert sowie Satelliten nach Ablauf ihrer Lebensdauer außer Betrieb genommen werden können, um die Ansammlung gefährlichen Weltraummülls rund um die Erde zu vermeiden.
In diesem Zusammenhang hat GMV im Rahmen des von GMV für die ESA geleiteten Projekts MIRROR eine Roboterplattform der neuesten Generation mit einem autonomen Roboter entwickelt und erprobt, der mit seinen drei Armen Strukturmodule handhaben und montieren sowie sich durch Struktur bewegen kann, die er gerade montiert. Durch diese Zahl von Armen kann er sich jeweils mit zwei Armen fortbewegen und mit dem dritten ein Modul zu seinem Montageort transportieren. Dank dieses einzigartigen Merkmals kann er Strukturen ohne Größenbeschränkung montieren. Zur Durchführung dieser Arbeitsgänge verfügt MIRROR über ein präzises visuelles System, das aus Kameras, die in der Nähe der Greifer der einzelnen Arme installiert sind, sowie aus Algorithmen zur Bildverarbeitung besteht. Mit den drei Greifern kann er nicht nur Module handhaben und sich fortbewegen, sondern auch Energie beziehen, kommunizieren und Werkzeuge zur Montage einsetzen (z. B. Schraubenziehern ähnelndes Werkzeug).
Aufgrund dieser Merkmale stellt MIRROR ein sehr vielseitiges System dar, das den Weg hin zu neuen Anwendungen frei macht, die seitens der wichtigsten Weltraumagenturen sowie der Luft- und Raumfahrtindustrie auf wachsendes Interesse stoßen, bislang jedoch weder technisch noch wirtschaftlich möglich gewesen sind. Zu diesen Anwendungen zählt die Erzeugung von zur Verwendung am Boden bestimmter Elektroenergie mit Fotovoltaik-Sonnenpanels in der Umlaufbahn. Solche Stationen wären etwa 1 km groß, könnten 24 Stunden pro Tag kontinuierlich Elektroenergie erzeugen und diese durch Mikrowellen an eine große, am Boden aufgestellte Empfangsantenne übertragen.
Starkes Interesse besteht ebenfalls an einer weiteren Anwendung: Große Teleskope zur Erforschung des Weltalls, deren Leistungsvermögen mit Ausbau ihrer Größe auf Dutzende Meter enorm zunehmen würde. Die Schaffung großer Plattformen in der Umlaufbahn, auf denen Telekommunikationsanbieter ihre Ausrüstungen einfach installieren und warten können, bildet eine weitere Anwendung, die zunehmend auf Interesse stößt.
In einer ersten Phase des Projekts MIRROR wurden die Merkmale der zu montierenden Struktur (Reflektor eines Teleskops als erster Anwendungsfall) sowie die funktionellen Anforderungen der Komponenten, ihre Betriebs- und Testanforderungen definiert. Nachfolgend projektierten GMV und die mitwirkenden Unternehmen, darunter auch die italienische Firma LEONARDO den MIRROR-Arm, der die vorgegebenen Anforderungen insbesondere an die Mobilität, die Fähigkeit zum Transport von Modulen und die Genauigkeit der Montage erfüllen kann. Dies erforderte die Weiterentwicklung aller beteiligten Teilsysteme: Stellelemente, Antriebssystem, Greifer sowie die Durchführung verschiedener Simulationen, um zu garantieren, dass der Roboter in der Lage ist, hinreichend große Module zu handhaben (etwa 1,2 Meter). Mit dem Ziel, den gesamten Montageprozess zu automatisieren, hat GMV außerdem ein fortgeschrittenes, halbautomatisches Teilsystem zur Steuerung entwickelt. Das Steuerungssystem soll vor allem gewährleisten, dass der Roboter sich trotz der Unsicherheit bei der Position an den Greifpunkten fortbewegen, Module montieren und sogar eventuell auftretende Fehler erkennen und bei Störungen Arbeitsgänge erneut versuchen kann. Das Projekt umfasst Modelle der bei der Erprobung zu montierenden Struktur sowie ein Kontrollzentrum, von dem aus der Roboter mit verschiedenen Autonomiestufen gesteuert werden kann (vom Fernbetrieb bis zum Senden autonomer Befehle, z. B. zur Montage von Modulen an bestimmten Stellen in der Struktur).
Aktuell hat GMV in seinem Roboterlabor Platform-art® die Validierungsprüfungen mit dem Demogerät abgeschlossen, bei denen die Lichtverhältnisse in der Umlaufbahn simuliert wurden. Dieses Labor verfügt ebenfalls über Ausrüstungen zur teilweisen Simulation der Bedingungen in der Schwerelosigkeit. Die Prüfungen wurden erfolgreich absolviert und es konnte somit der Nachweis über die Machbarkeit des Konzepts erbracht werden. Damit kann nun eine neue Entwicklungsphase beginnen, um auch bei der realen Erprobung in der Erdumlaufbahn den Nachweis für diese Operationen zu erbringen.
Zusätzlich zum Projekt MIRROR leitet GMV noch weitere Weltraumroboterprojekte wie das European Moon Rover System der ESA und arbeitet an der Entwicklung des Betriebssystems zur Steuerung von Weltraumrobotern (Projekt ESROCOS) der Europäischen Kommission (PERASPERA) sowie an dem System für Autonomie und künstliche Intelligenz (Projekt ERGO).
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