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.
Details are provided in Grygorczuk et al. J. Telecommun. Inf. Technol. 1 (2007)50 53 67P/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
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 20 30 raportów po 100 200 stron 5. Na każdym etapie współpraca z merytorycznym reprezentantem ESA
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
Temat 1: Autonomia, nawigacja, współpraca, robotów w warunkach orbitalnych. Środowisko bezgrawitacyjne
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
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
SATELITA PRZECHWYTYWANY WMS LEMUR MANEWR PRZECHWYCENIA
WMS1 LEMUR
Temat 2: Eksplatacja Księżyca i asteroidów. Brudne zadania w kosmosie
Mars as a goal of exploration Two paths are already considered as a options for Mars discovery
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
Why the Moon? ESA plan to cooperate with Russia in the frame of Moon exploration Below the plans for landers are provided Source: ESA
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
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 )
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
Position of the penetrator tip [m] LVP motion theory KRET example 5 4 Experimental results Linear approximation (y = 0.003*x) 3 2 1 0 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 Total number of strokes
Wiertnica 2 4 3 1 1 - Mobile Robot RM 2 - Drilling Support System - SM 3 - Drilling Head DR 4 - UAV Helicopter RC
System description Drilling head Support module Mobile robot
Operation scenario
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
Temat 3: Integracja robotów i układów pomiarowych
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
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
Temperature [K] Heat flow measurements 315 1. Thermal properties determination of the regolith or rock surrounding borehole 2. Short cylindrical sensor with separate measurement and heating circuit 310 pomiary symulacja 305 300 295 290 0 500 1000 1500 2000 Time [s]
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