Robotyka kosmiczna wyzwania naukowe i technologiczne K a r o l S e w e r y n

Transkrypt

1 Robotyka kosmiczna wyzwania naukowe i technologiczne K a r o l S e w e r y n C e n t r u m B a d a ń K o s m i c z n y c h PA N u l. B a r t y c k a 1 8 a, W a r s z a w a.

2 Details are provided in Grygorczuk et al. J. Telecommun. Inf. Technol. 1 (2007) P/Churyumov-Gerasimenko. Credits: ESA/Rosetta/NAVCAM Piękne oblicze robotyki kosmicznej MUPUS rozpocznie pracę za kilkanaście godzin Start był w 2014 roku Primary landing site, Credits: ESA 1995 pierwsze pomysły w CBK PAN

3 Pracowite oblicze robotyki 1. Idea, pomysł musi wpisywać się w bieżącą strategie harmonizacji technologii w ESA 2. Proposal 100 stron 3. Projekty niski TRL 3-4 raporty po 100 stron 4. Projekty kosmiczne w pełni działające urządzenie i około raportów po stron 5. Na każdym etapie współpraca z merytorycznym reprezentantem ESA

4 Wyzwania naukowe i technologiczne Temat 1: Autonomia, nawigacja, współpraca, robotów w warunkach orbitalnych. Środowisko bezgrawitacyjne Temat 2: Eksplatacja Księżyca i asteroidów. Brudne zadania w kosmosie Temat 3: Integracja robotów i układów pomiarowych

5 Temat 1: Autonomia, nawigacja, współpraca, robotów w warunkach orbitalnych. Środowisko bezgrawitacyjne

6 Manipulatory w kosmosie - zastosowania - Operacje manipulacyjne, - Integracja systemów i modułów na orbicie (CanadARM 2 na ISS), - Serwisowanie satelitów, - Łapanie kosmicznych śmieci, - Pobieranie próbek gruntu, Canadarm 2 (surce CSA) Robotic Arm na MSL (surce NASA) European Robotic Arm (surce ESA) 6

7 Manipulatory w kosmosie - wyzwania - Zmniejszenie ilości śmieci (głównie na orbitach słoneczno-synchronicznych) oraz eliminacja dużych śmieci (np. Envisat) - Serwisowanie oraz modułowa integracja systemów w warunkach orbitalnych Source: NASA Source: CBK PAN - Testowanie systemów zrobotyzowanych przewidzianych do pracy w warunkach orbitalnych Source: CBK PAN 7

8 SATELITA PRZECHWYTYWANY WMS LEMUR MANEWR PRZECHWYCENIA

9 WMS1 LEMUR

10 Temat 2: Eksplatacja Księżyca i asteroidów. Brudne zadania w kosmosie

11 Mars as a goal of exploration Two paths are already considered as a options for Mars discovery

12 Mars as a goal of exploration Three missions are considered in the frame of Mars Robotic Exploration Program (ESA) 1. Inspire a network mission on Mars 2. Phootprint mission to Phobos 3. Mars Precision Lander Source: ESA

13 Why the Moon? ESA plan to cooperate with Russia in the frame of Moon exploration Below the plans for landers are provided Source: ESA

14 Why the subsurface region is important for exploration? 1. The knowledge of process occurring in subsurface regolith is important to understand Solar System evolution 2. The geotechnical properties are crucial for rover mobility and future bases construction 3. Excavation of the minerals needed for energy production or due to its special properties

15 Penetrometers from SRC ( I c a l l t h e m L o w Ve l o c i t y Pe n e t ro m e t e rs )

16 Instrument operation on CHOMIK has 3 nominal operation scenarios 1. SAMPLING 2. MECHANICAL MEAS. 3. HEAT FLOW MEAS. Phobos surface t 1 t 2 t 3 DCP*(z)? -> geotechnical properties

17 Position of the penetrator tip [m] LVP motion theory KRET example 5 4 Experimental results Linear approximation (y = 0.003*x) Total number of strokes

18 Wiertnica Mobile Robot RM 2 - Drilling Support System - SM 3 - Drilling Head DR 4 - UAV Helicopter RC

19 System description Drilling head Support module Mobile robot

20 Operation scenario

21

22 Future 1 - Regolith excavation (especially in low gravity / low temperature), mining (e.g. in lava tube) 2 - Resource characterization and mapping, Moon/Asteroid prospecting 3- Mission consumable production 4- Civil engineering and surface construction 5- In-situ energy generation, storage and transfer 6- In-situ manufacturing and repair

23 Temat 3: Integracja robotów i układów pomiarowych

24 Possible measurements Measurements on sample Possible measurements in borehole: 1. Geotechnical parameters determination (Seweryn et al. Determining the geotechnical properties of planetary regolith using Low Velocity Penetrometers, PSS, 2014) 2. Heat flow measurements (Banaszkiewicz et al., A sensor to perform in-situ thermal conductivity determination of cometary and asteroid material. Advances in Space Research, 2007) 3. Chemical composition determination

25 Geotechnical measurements 1. The geotechnical sensor has safe access to the bore hole bottom at different depth (each time when DR is outside) 2. There is possible to perform: static penetration tests (horizontal direction), Dynamic cone penetration test (vertical direction), photogrammetry analysis Drill string Sensor Regolith / rock

26 Temperature [K] Heat flow measurements Thermal properties determination of the regolith or rock surrounding borehole 2. Short cylindrical sensor with separate measurement and heating circuit 310 pomiary symulacja Time [s]

27 Chemical composition determination 1. The spectrometer has safe access to the bore hole bottom at different depth (each time when DR is outside) 2. The quadropole sensor can be use for chemical analysis (details in next presentation) Drill string Sensor Regolith / rock