Cuando los satélites se rompen, que es sorprendentemente frecuente, no hay mucho que puedas hacer al respecto.

Se convierten en restos costosos y peligrosos, orbitando la Tierra durante años o generaciones hasta que la gravedad finalmente los lleva a una muerte ardiente en la atmósfera.

El profesor de la Universidad de Cincinnati, Ou Ma, está diseñando tecnología robótica para arreglar satélites en órbita en su Laboratorio de Robótica Inteligente y Sistemas Autónomos. Él imagina satélites robóticos que puedan acoplarse con otros satélites para reparaciones o reabastecimiento de combustible.

Ma dijo que un millón de cosas pueden salir mal con cada lanzamiento de un satélite. Pero para la mayoría de esos fallos, no se puede hacer nada una vez desplegado el satélite.

Un satélite Intelsat de 400 millones de dólares del tamaño de un pequeño autobús escolar no funcionó este año después de alcanzar una órbita elíptica alta. según SpaceNews. Algunos de los primeros 60 satélites Starlink lanzados por SpaceX también funcionaron mal este año, pero su órbita terrestre baja está diseñada para decaer hasta el olvido en unos pocos años.

Quizás el error de satélite más famoso de todos los tiempos ocurrió en 1990 cuando el telescopio espacial Hubble se desplegó solo para que la NASA se enterara de que su caro espejo estaba deformado. Una misión de reparación posterior a bordo del transbordador espacial Endeavour en 1993 reemplazó el espejo para proporcionar imágenes asombrosas del universo.

Enviar humanos al espacio para la reparación de satélites es prohibitivamente caro, Dijo mamá. Los astronautas del transbordador espacial llevaron a cabo cuatro misiones de servicio posteriores del Hubble que costaron miles de millones de dólares en conjunto.

Los satélites defectuosos han perseguido a la mayoría de los programas espaciales internacionales desde Japón hasta Rusia. El problema no se limita a la órbita terrestre. En 1999, un orbitador de la NASA se estrelló contra Marte porque los ingenieros utilizaron libras en lugar de newton métricos en el software de los propulsores. Los propulsores se dispararon con cuatro veces menos fuerza de lo previsto y la órbita de la nave espacial era críticamente baja.

La incapacidad para reparar satélites se convierte en una preocupación más urgente con cada lanzamiento, Dijo mamá.

"Los grandes satélites comerciales son costosos. Se quedan sin combustible o funcionan mal o se estropean, "Ma dijo." Les gustaría poder ir allí y arreglarlo, pero hoy en día es imposible ".

La NASA espera cambiar eso. En 2022, la agencia lanzará un satélite capaz de repostar otros satélites en órbita terrestre baja. El objetivo es interceptar y repostar un satélite del gobierno de EE. UU. Se espera que el proyecto llamado Restore-L proporcione una prueba de concepto para las reparaciones autónomas de satélites, Dijo la NASA.

Una empresa de Colorado llamada Maxar está proporcionando la infraestructura de la nave espacial y los brazos robóticos para el proyecto.

La mayoría de los satélites caen en desuso porque agotan su suministro de combustible, no por un mal funcionamiento crítico, dijo John Lymer, roboticista jefe de Maxar. Repostar combustible solo sería una bendición para la industria, él dijo.

"Estás retirando un satélite en perfecto estado porque se quedó sin gasolina, " él dijo.

Lymer dijo que está familiarizado con el trabajo que Ma está haciendo en su Laboratorio de Robótica Inteligente y Sistemas Autónomos.

"Ou Ma, con quien he trabajado durante muchos años, trabaja en organización de encuentros y proximidad. Existen todo tipo de soluciones técnicas. Algunos serán mejores que otros. Se trata de adquirir experiencia operativa para descubrir qué algoritmos son mejores y qué reduce más el riesgo operativo ".

Lymer dijo que la industria está lista para despegar, creando una bendición para los estudiantes de ingeniería aeroespacial como los de la UC.

"Creo que es el futuro. Vamos a arrastrarnos hacia él, no a saltar, " él dijo.

En el laboratorio de Ma los estudiantes están trabajando en la navegación automatizada que los satélites necesitarán para acoplarse con otros satélites en el espacio. Es un asunto complicado ya que un golpe inadvertido en gravedad cero puede hacer que uno o ambos vehículos se vuelquen.

"Es fácil hacerlo caer en el espacio porque nada lo retiene. Entonces el satélite se vuelve aún más difícil de agarrar. Si comienza a caer, básicamente, puede caer para siempre. No se detendrá por sí solo "Dijo mamá.

Las simulaciones de ingeniería pueden predecir el comportamiento dinámico de un satélite objetivo para que un satélite que se aproxima pueda detenerlo de forma segura. él dijo.

"Contamos con herramientas de simulación para que desde allí podamos predecir con precisión su comportamiento, " él dijo.

"Agarrar algo en el espacio es realmente difícil. Y agarrar algo que cae en el espacio es aún más difícil, "Dijo Ma." Tienes que tener mucho cuidado al predecir el comportamiento dinámico y realizar controles precisos para que puedas 'desmontar' el satélite y agarrarlo suavemente ".

Ma comparó la navegación satelital remota con la última tecnología de automóviles sin conductor. En su laboratorio, los estudiantes prueban estos algoritmos usando un robot del tamaño de una caja de zapatos que se mueve sobre lo que parece una mesa de hockey de aire. Pero es el robot el que suministra el colchón de aire como un aerodeslizador en miniatura para imitar el entorno de microgravedad del espacio.

El candidato a doctorado Andrew Barth explicó cómo funciona.

"En este momento, es básicamente un banco de pruebas. Tiene sensores de rango, cámaras y una unidad de medición inercial que no se puede ver debajo, ", dijo." Se mueve con actuadores y ocho propulsores direccionales para propulsarlo alrededor de la mesa ".

Si bien se limita a moverse en un eje X e Y, los conceptos de navegación se pueden aplicar a tres dimensiones, Dijo Barth.

Ma también está trabajando en la complicada robótica necesaria para que un satélite realice reparaciones remotas. Su laboratorio tiene varios brazos robóticos de tamaño industrial con siete articulaciones que les dan un rango completo de movimiento.

El satélite de reparación más útil podrá completar múltiples tareas, Dijo mamá. Durante su carrera, Ha trabajado en varios proyectos relacionados con los brazos robóticos a bordo de la Estación Espacial Internacional y el antiguo programa de transbordadores espaciales. Su firma está flotando en órbita en un equipo a bordo de la estación espacial.

"Este robot realizará algunas pruebas de control de algoritmos y tecnología de sensores, "Ma dijo, apuntando a un brazo robótico de tamaño humano en su laboratorio. "No estamos simulando una misión específica, sino la nueva tecnología probada que se puede utilizar en misiones futuras".

En su laboratorio, Ma y el investigador asociado senior de UC Anoop Sathyan están desarrollando redes robóticas que pueden trabajar de forma independiente pero colaborativa en una tarea común.

Para su último estudio, Ma y Sathyan pusieron a prueba a un grupo de robots con un juego novedoso que usa cuerdas para mover una ficha adjunta a un lugar designado en una mesa. Dado que cada uno de los robots controla solo una cadena, necesitan la cooperación de los otros robots para mover la ficha al lugar correcto aumentando o relajando la tensión en la cuerda en respuesta a las acciones de cada robot.

Usando una inteligencia artificial llamada lógica difusa genética, los investigadores pudieron conseguir tres robots y luego cinco robots para mover la ficha donde los investigadores querían.

Sus resultados fueron publicados este mes en la revista Robotica .

Los investigadores encontraron que al usar cinco robots, el colectivo podría realizar la tarea incluso si uno de los robots funcionaba mal.

"Esto será especialmente cierto para problemas con un mayor número de robots donde la responsabilidad de un robot individual será baja, "concluyeron los investigadores.

Ma ha tenido un interés constante en el espacio durante la mayor parte de su carrera. En la Universidad Estatal de Nuevo México, diseñó un arnés mecánico que imitaba la baja gravedad. Los estudiantes que lleven el arnés podrían "rebotar en la luna" en una cinta con una sexta parte de la gravedad de la Tierra o hacer volcadas a gran altura en un aro de baloncesto.

Ma dijo que la fijación de satélites en el espacio se está convirtiendo en una prioridad creciente en la industria aeroespacial debido al alto costo de fallas.

"Todavía no es muy práctico. La tecnología aún se está desarrollando, ", Dijo Ma." Pero imagino que en cinco o diez años, cuando la tecnología esté madura, comenzarán a comercializar esto para salir y arreglar satélites ".

Gordon Roesler, ex gerente de programas de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU., dijo a la revista Astronomy Magazine que la imposibilidad de reparar o modificar satélites una vez lanzados no tiene sentido económico.

"No hay otro [ejemplo] en el que construyamos algo que vale quinientos millones de dólares o mil millones de dólares y nunca lo volvamos a ver, " él dijo.

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.

El tiempo es la esencia. 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, "Dijo mamá.

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.

"Finalmente, the commercialization of space will be a big industry, " él dijo.

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.