Где бы ни появлялись люди, они строили. Цивилизация расцвела из скоплений домов и тропинок, а в последнее время разрослась до небоскребов, линий электропередач, водопровода и вышек сотовой связи. И если она когда-нибудь выйдет за пределы нашей планеты, инженерам придется придумать, как строить и там.
Дизайнеры давно мечтали о замысловатых телескопах и просторных отелях, которые они могли бы построить с помощью эквивалента космических кранов и космических кирпичей, но за исключением Международной космической станции (МКС) и космического телескопа Хаббла, каждый элемент оборудования на орбите был построен на Земле и целиком помещен в ракету для транспортировки. Теперь НАСА поощряет компании делать первые шаги к сборке более сложных машин, которые будут летать вокруг планеты на орбите. На прошлой неделе НАСА объявило о заключении контракта на 142 миллиона долларов с компанией Maxar Technologies на установку роботизированной руки на предстоящий спутник, который будет собирать большую антенну, находясь в космосе.
"Стоимость разработки, с которой помогает НАСА, является огромным стимулом для нашей промышленности, чтобы начать делать сборку в космосе очень доступно", - говорит Аль Тадрос, вице-президент компании Maxar по космической инфраструктуре и гражданскому космосу.
Роботизированная рука, получившая название Space Infrastructure Dexterous Robot (SPIDER), будет установлена на спутнике размером с минивэн под названием Restore-L примерно в середине десятилетия. Разрабатываемый с 2014 года, SPIDER имеет длину около 16 футов в полностью вытянутом состоянии, но может скручивать себя во всевозможные фигуры с помощью семи суставов, которые обеспечивают ему такую же гибкость, как и человеческой руке, хотя и с другой архитектурой.
После выхода на орбиту он применит эту ловкость на практике. SPIDER по очереди снимет семь панелей, уложенных на борту Restore-L, и скрепит их вместе, как пазл. Используя инструмент, похожий на ракету, SPIDER может затягивать специальные крепления, встроенные в каждую панель. Частично автономный манипулятор будет делать паузу после каждой команды и устраивать фотосессию с установленными камерами и освещением, чтобы проверить, точно ли выровнены панели. "Это немного похоже на швейцарский армейский нож", - говорит Тадрос.
Готовое изделие будет представлять собой функциональную круглую антенну-рефлектор шириной 10 футов, подобную тем, которые транслируют телевизионные каналы в дома по всей планете. В настоящее время поставщики широкополосного доступа проектируют свои антенны таким образом, чтобы они плотно прилегали к космическому аппарату внутри ракеты шириной 13 футов. Однако с помощью SPIDER спутник сможет создать собственную антенну вдвое большего размера, что позволит ему передавать больше данных большему количеству людей.
В некотором смысле Земля - ужасное место для создания хрупких машин. Мало того, что им приходится выдерживать гравитацию, постоянно прижимающую их к земле, они также должны пережить тряску, которая возникает при управляемом взрыве и достигает скорости, в 20 раз превышающей скорость звука. Объекты, созданные в космосе, сталкиваются с собственными проблемами (например, перепады температуры в сотни градусов), но теоретически могут вырасти до любого размера. По словам Тадроса, НАСА решило финансировать SPIDER, потому что технология имеет столь широкое применение: от коммерческих антенн до научных телескопов с зеркалами в четыре-пять раз больше, чем даже у будущего космического телескопа Джеймса Вебба (JWST).
"Замысел состоит в том, чтобы иметь неограниченный объем", - говорит Тадрос.
И Maxar - не единственная потенциальная строительная компания, которую НАСА запускает в космос. Прошлым летом оно заключило контракт на 73,7 миллиона долларов с компанией Made in Space, которая разработала 3D-принтер для изготовления деталей на заказ на МКС, для поддержки космического корабля Archinaut One. Этот спутник, который может быть запущен уже в 2022 году, предполагает 3D-печать двух 33-футовых балок, с которых он сможет разворачивать солнечные батареи беспрецедентного для такого маленького тела размера.
Обе миссии предвещают будущее, в котором человечество сможет обслуживать и модернизировать свою космическую технику. Главная задача Restore-L, космического корабля, который будет нести SPIDER, - продемонстрировать способность зацепить стареющий спутник и заправить его топливом. Тадрос предполагает, что целые флоты этих роботов-механиков будут переходить с корабля на корабль, продлевая срок их службы и обслуживая их так же, как мы обслуживаем нашу наземную инфраструктуру. Например, когда компания Verizon перешла с 3G на 4G, она заменила старые антенны на новые. "Вы не меняете вышку сотовой связи", - сказал он. "Вы не меняете питание, идущее к ней, или подъездную дорогу к ней".
Наличие современных роботизированных рук также дает планировщикам миссий больше возможностей для импровизации, когда что-то пойдет не так. SPIDER имеет общую технологическую ДНК с манипулятором марсианского аппарата Insight, еще одной деталью Maxar. С тех пор как один из приборов Insight не смог должным образом зарыться в неожиданно жесткий грунт Красной планеты, рука стала основным инструментом инженеров, пытающихся заставить его снова копать. НАСА спроектировало JWST так, чтобы он помещался в ракету, складываясь, как оригами, но у телескопа стоимостью 10 миллиардов долларов будет только одна попытка раскладывания. Руки, похожие на SPIDER, могут дать будущим космическим телескопам дополнительные шансы починить себя, если что-то пойдет не так.
Хотя космический ремонт и строительство - это технологии, которые широко представлены в научной фантастике, реальные исследователи серьезно рассматривали их на протяжении десятилетий. Первые изображения космических станций были нарисованы с расчетом на то, что они будут построены на орбите, а НАСА изначально проектировало космический челнок отчасти для ремонта спутников. Действительно, в 1984 году космическое агентство провело эксперимент по дозаправке спутника и первое извлечение вышедшего из строя спутника в ходе разных полетов шаттла.
Создать корпус космических механиков оказалось сложнее, чем ожидалось, и ни одна из практик не прижилась. Однако в наши дни больше компаний запускают спутники - каждый стоимостью в сотни миллионов долларов - чем когда-либо прежде. А благодаря более мощным вычислительным системам, более прочным и легким материалам и более компактным устройствам (таким, как камеры и датчики SPIDER), Тадрос считает, что у нас наконец-то есть технология, позволяющая делать спутники больше и лучше. "Получить такие возможности для множества других миссий - вот реальная перспектива того, что мы здесь демонстрируем", - говорит он.