Um método adaptativo para desmontar satélites não rígidos usando robôs

Mais de 8.000 satélites artificiais orbitam o planeta Terra hoje, muitos dos quais foram lançados ao espaço décadas atrás. Reparar e manter a operação adequada desses satélites nem sempre é fácil e frequentemente requer intervenções cuidadosamente planejadas e direcionadas.

Uma operação comum de manutenção de satélites é conhecida como “desmoronamento”. Esse processo envolve estabilizar e manipular a orientação de satélites que começam a girar descontroladamente (ou seja, cair) no espaço.

Pesquisadores da Universidade do Novo México (UNM) introduziram recentemente um novo método adaptativo para desmontar satélites não rígidos com dinâmica de movimento desconhecida. A abordagem proposta foi delineada em um artigo publicado no arXiv servidor de pré-impressão e será apresentado na Conferência IEEE sobre Decisão e Controle (CDC 2024), realizada de 16 a 19 de dezembro em Milão, Itália.

“Nosso artigo é baseado em nosso atual financiamento para pesquisa espacial — SURI”, disse Longsen Gao, primeiro autor do artigo, agora aluno do terceiro ano de doutorado no AgMan Lab como um dos principais pesquisadores deste projeto, ao Tech Xplore.

“Na UNM, pretendemos alavancar nossos sistemas multirrobôs (ou seja, rebocadores espaciais, sistemas robóticos multibraços para manutenção espacial, etc.), que incorporam novos designs de controladores, para concluir tarefas complicadas de manutenção e reparo, visando consertar sistemas espaciais com defeito, como satélites, painéis solares, partes rígidas ou não rígidas de sistemas espaciais, etc.”

O objetivo principal do estudo recente de Gao e seus colegas era elaborar um método eficaz para desmontar satélites não rígidos. Tal método poderia ter ramificações importantes, já que a desmontagem é uma causa-chave de mau funcionamento de satélites, e a maioria das soluções de desmontagem existentes são aplicáveis ​​apenas a satélites rígidos.

“Não há nenhuma outra pesquisa anterior que considere o problema de detumbling para satélites não rígidos”, disse Gao. “Quase todos os esforços de detumbling consideram os satélites como corpos rígidos, simplificando sua estrutura e ignorando problemas potenciais que podem surgir devido a variações em sua rigidez.

“Nossa pesquisa vai além disso, abordando o problema de desintegração do satélite não rígido usando dois rebocadores espaciais, um segurando a base do satélite e outro segurando o painel solar com defeito, para transferir todo o módulo do satélite para uma corrente de dois elos como um sistema não rígido, cessando o movimento desconhecido do satélite.”

O método de detumbling introduzido por esta equipe de pesquisadores é adaptativo, no sentido de que pode ser aplicado a vários objetos não rígidos, independentemente de suas propriedades. Em outras palavras, a abordagem não requer conhecimento prévio de um satélite (por exemplo, sua massa, inércia, centro de massa, forma, rigidez, etc.) para detumbling com sucesso.

“Mais importante, nosso método garante que o sistema multiagente possa desmontar o satélite não rígido sem saber sua posição de preensão em relação ao centro de massa do satélite, o que também é um avanço em comparação com os métodos de controle adaptativo SOTA”, explicou Gao.

A abordagem introduzida pelos pesquisadores envolve o uso de dois sistemas robóticos que se conectam ao satélite em diferentes locais. Esses sistemas aplicam a força e o torque necessários para estabilizar o satélite, cessando seu movimento e, assim, retornando-o ao seu funcionamento adequado.

“Nosso método de detumbling adaptativo lida com o problema mais desafiador na pesquisa de detumbling SOTA, ou seja, que a maioria das abordagens existentes ignora a estrutura não rígida do satélite durante o processo de detumbling”, disse Gao. “Consideramos isso um problema sério e comum que pode acontecer em satélites quando eles estão trabalhando no espaço.”

A nova abordagem de detumbling introduzida por Gao e seus colegas poderá em breve ser melhorada e testada ainda mais em experimentos reais, especialmente em ambientes de gravidade zero. Notavelmente, embora o método tenha sido projetado com o detumbling de satélites não rígidos em mente, ele também pode ser aplicado a outros objetos com estruturas corporais não rígidas, portanto, pode ser potencialmente usado para lidar com outros trabalhos de manutenção e reparo.

“Em nossos próximos estudos com foco em manutenção e reparos espaciais, continuaremos explorando como alavancar sistemas de robótica para implementar trabalho de manipulação hábil durante tarefas de reparo e manutenção”, acrescentou Gao.

“Planejamos combinar métodos baseados em aprendizado (por exemplo, redes neurais, aprendizado de máquina e aprendizado profundo) com nosso design de sistema de controle para aumentar o desempenho em nosso algoritmo de controle. Também estamos nos concentrando em designs robustos de algoritmos MPC adaptativos que podem ser aplicados a tarefas de manutenção e reparo espacial, o que pode melhorar a eficácia e a robustez de nosso método.”

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