当卫星发生故障(这种情况经常发生)时,你对此无能为力。
它们变成昂贵而危险的漂浮物,在地球轨道上运行数年或数代,直到地心引力最终将它们吸引到大气中燃烧而死。复制循环系统的形式或功能并不是一件容易的事。最近,德雷克塞尔大学和北卡罗来纳州立大学的研究人员团队创建了一个大只500彩票登录平台,这可能是模仿人体进化优化的冷却系统的关键。
辛辛那提大学(University of Cincinnati)教授欧马(Ou Ma)在他的智能机器人与自主系统实验室(Intelligent robotics and Autonomous Systems Lab)设计了修复轨道卫星的机器人技术。
马说,每一次卫星发射都有可能出一百万种问题。但是对于大多数的小故障,一旦卫星被部署,什么也做不了。
据SpaceNews报道,一颗价值4亿美元、大小相当于一辆小型校车的国际通信卫星组织(Intelsat)卫星今年在进入一个高椭圆轨道后出现故障。今年,太空探索技术公司(SpaceX)发射的首批60颗“星链”(Starlink)卫星中,也有几颗出现了故障,但它们的近地轨道设计为在短短几年内逐渐消失。大只500苹果版Ising机器如何解决优化问题?事实证明,优化问题可以直接映射到Ising模型上,这样,具有一定耦合权重的一组自旋可以表示每个城市以及旅行商问题中城市之间的距离。
也许史上最著名的卫星故障发生在1990年,当时哈勃太空望远镜的部署只是为了让美国国家航空和宇宙航行局了解到它的价格反射镜被扭曲了。1993年,奋进号航天飞机随后的一次维修任务取代了镜子,提供了令人震惊的宇宙图像。
马说,把人类送到太空修理卫星的费用高得令人望而却步。随后的四次耗资数十亿美元的哈勃维修任务都是由航天飞机上的宇航员完成的。
从日本到俄罗斯,有缺陷的卫星一直困扰着大多数国际太空项目。可持续工程需要有意识的大只500代理在有意识的组织中工作。因此,研究得出结论,理想的大只500代理可以被认为是能够将自己的最佳专业传统与不断变化和不确定的现状相结合的工程师。这个问题并不局限于地球轨道。1999年,美国国家航空航天局(NASA)的一架轨道飞行器撞向火星,因为工程师们在推进器软件中使用的是磅而不是公制牛顿。推进器以比预期少四倍的力量发射,飞船的轨道非常低。
马说,随着每一次发射,无法修复卫星变得更加紧迫。
“大型商业卫星造价昂贵。他们的燃料用完了,或者出现故障,或者坏了。”“他们希望能够到那里去修理,但现在这是不可能的。”
NASA希望改变这一现状。在2022年,该机构将发射一颗能够为其他近地轨道卫星补充燃料的卫星。其目标是拦截并为美国政府的卫星补充燃料。美国国家航空航天局表示,这个名为“恢复- l”的项目有望为自主卫星修复提供概念证明。
一家名为Maxar的科罗拉多公司正在为该项目提供航天器基础设施和机器人手臂。
Maxar的首席机器人专家约翰•莱默(John Lymer)表示,大多数卫星之所以被废弃,是因为它们耗尽了燃料供应,而不是因为关键的故障。他说,单是加油就能给整个行业带来福音。
他说:“你要让一颗完美的卫星退役,因为它没油了。”
Lymer说他熟悉马在他的智能机器人和自主系统实验室里所做的工作。
“欧玛,我和她一起工作了很多年,她的工作内容是约会和近距离组织。有各种各样的技术解决方案。有些会比其他的好。这是为了获得运营经验,找出谁的算法更好,以及什么能最大程度地降低运营风险。”
Lymer表示,该行业正蓄势待发,这将为加州大学航天工程专业的学生带来福音。
“我认为这就是未来。我们要爬进去,而不是跳进去,”他说。
在马的实验室里,学生们正在研究卫星与太空中其他卫星对接所需的自动导航系统。这是一件棘手的事情,因为在零重力的情况下,一个意外的碰撞可能会导致一辆或两辆车翻车。
“它很容易在太空中打滚,因为没有东西能把它托住。然后卫星就更难捕捉了。如果它开始下跌,它基本上可以永远下跌。它不会自行停止,”马说。
他说,工程模拟可以预测目标卫星的动态行为,从而使正在接近的卫星能够安全拦截目标卫星。
他说:“我们有模拟工具,因此我们可以准确地预测它的行为。”
“在太空中抓取东西真的很难。抓住在太空中翻滚的东西就更困难了。”马说。“你必须非常小心地预测动态行为,执行精确的控制,这样你才能‘翻转’卫星,轻轻抓住它。”
马云将远程卫星导航比作最新的无人驾驶汽车技术。在他的实验室里,学生们用一个鞋盒大小的机器人来测试这些算法。但是,是机器人像一个微型气垫船一样提供气垫来模拟太空微重力环境。
博士生安德鲁·巴斯解释了它是如何工作的。
“现在它基本上只是一个试验台。它有一个距离传感器,摄像头和一个惯性测量装置,你看不到下面。”他说。“它通过执行器和八个方向推进器来推动它绕着桌子旋转。”
巴斯说,虽然它仅限于在X轴和Y轴上移动,但导航概念可以应用于三维空间。
马还在研究一种复杂的机器人技术,这种技术是卫星进行远程维修所必需的。他的实验室有几个工业规模的机械手臂,有七个关节,可以进行全方位的运动。
马说,最有用的维修卫星将能够完成多项任务。在他的职业生涯中,他参与了许多与国际空间站上的机械臂和前航天飞机项目有关的项目。他的签名是漂浮在空间站上的一个设备上。
“这个机器人将对算法和传感器技术进行一些控制测试,”马指着他实验室里一个人大小的机械手臂说。“我们不是模拟一个特定的任务,而是模拟经过测试的新技术,可以用于未来的任务。”
在他的实验室里,马和加州大学的高级研究员Anoop Sathyan正在开发一种机器人网络,这种网络可以独立工作,但可以在一项共同的任务中协同工作。
在他们的最新研究中,马和萨蒂扬让一组机器人做了一个新游戏的测试,这个游戏使用字符串将一个附加的令牌移动到桌子上指定的位置。由于每个机器人只控制一根绳子,它们需要其他机器人的合作,通过增加或放松绳子上的张力来响应每个机器人的动作,从而将记号移动到正确的位置。
使用一种名为遗传模糊逻辑的人工智能,研究人员能够让3个机器人和5个机器人移动令牌到研究人员想要的地方。
他们的研究结果本月发表在《Robotica》杂志上。
研究人员发现,使用5个机器人,即使其中一个出现故障,整个团队也能完成任务。
研究人员得出结论:“这对于机器人数量较多的情况尤其如此,因为单个机器人的责任较低。”
马在他职业生涯的大部分时间里都对太空有着持久的兴趣。在新墨西哥州立大学,他设计了一个模拟低重力的机械装置。戴着安全带的学生可以在跑步机上以地球引力的六分之一“弹跳月球”,或者在篮筐上扣篮。
马说,由于故障的高成本,在太空中修复卫星正成为航空航天行业的一个日益重要的任务。
“它还不太实用。这项技术还在研发中。“但我预计在未来5到10年,当技术成熟时,他们将开始商业化,去修理卫星。”
美国国防部高级研究计划局前项目经理戈登·罗斯勒告诉《天文学》杂志,一旦卫星发射,就无法修复或修改它们,这在经济上没有意义。
他说:“我们建造了价值5亿或10亿美元的东西,却再也不去考虑它,这是绝无仅有的先例。”
公司将不得不在建造卫星时考虑到远程维修或服务。如今的大多数卫星都太脆弱了,如果不冒着损坏的风险,甚至无法远程控制。
“即使你想,今天也有很多卫星无法得到服务。新的卫星将需要进入舱门,以适应基本的维修和对接目标,以帮助接近,”学生巴斯说。
时间是至关重要的。随着每一次发射和每一颗失败的卫星,近地轨道正在接近凯斯勒效应(Kessler effect),唐纳德·凯斯勒(Donald Kessler)在2013年奥斯卡获奖影片《地心引力》(Gravity)中描述的理论是,卫星碰撞可能会产生大量碎片,阻碍未来发射的安全。
“想想这些物体的速度。我们说的不是高速公路的速度,甚至也不是飞机的速度。他们以每小时17000英里的速度行驶。
马说,太空是一个由政府机构主导的领域,目的是探索和发现。但该领域正处于商业化的风口浪尖,这为那些想要从事航天工程的毕业生提供了大量工作机会。
“最终,太空商业化将成为一个大产业,”他说。
他的研究有助于推动知识的前沿,为未来的太空项目铺平道路。
“我们不会开发一个完整的任务。我们正在开发基础技术,”马说。“一旦这项技术被证明有效,美国宇航局或一家商业公司将会把它带入下一个阶段。”
在尼尔•阿姆斯特朗(Neil Armstrong)担任航天工程教授的一所大学,迈出的第一步可能是重大的。