美国海军研究实验室（NRL）的太空技术中心（NCST）的低温真空室中，放置着用于地球同步轨道卫星的机器人维修系统（RSGS）有效载荷。 | 图片来源：莎拉·彼得森，美国海军
地球同步轨道上的卫星，距离地球约 22,000 英里，对于军事、政府和商业通信以及地球观测科学至关重要。美国海军研究实验室（NRL）和国防高级研究计划局（DARPA）上个月完成了对能够在轨维修卫星的航天级机器人套件的开发。
在 DARPA 的资助下，NRL 的太空技术中心（NCST）开发了用于地球同步轨道卫星的机器人维修系统（RSGS）集成机器人有效载荷（IRP）。该组织将这项新的太空能力交付给了商业合作伙伴诺斯罗普·格鲁曼的太空物流公司。该公司将把机器人有效载荷与它的航天器总线，即任务机器人车辆（MRV）集成在一起。
“最近完成的热真空测试标志着该项目朝着在不久的将来实现轨道上机器人维修能力的目标迈出了重要一步，”NRL 研究主任布鲁斯·丹利博士说。
“NRL 对机器人有效载荷的贡献是实现这一愿景的重要组成部分，这一愿景有望改变地球静止轨道上的卫星运行方式，降低卫星运营商的成本，并实现我们今天所拥有的能力之外的能力，”他继续说道。“事实上，预期的能力对于国家安全和民用应用来说都具有潜在的革命性意义。”
NRL 与学术界和工业界有着长期的合作关系，作为合作者和承包商。它参与技术转让工作，例如商业许可、合作研究与开发以及教育伙伴关系。
这个科学和工程指挥部致力于为美国海军和海军陆战队进行研究，从海底到太空和信息领域。NRL 的总部位于华盛顿特区，在密西西比州的史蒂尼斯太空中心、佛罗里达州的基韦斯特和加利福尼亚州的蒙特雷设有主要的外地站点。它雇佣了大约 3,000 名民用科学家、工程师和支持人员。
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NRL 旨在解锁卫星维修机会
目前，航天器面临着巨大的挑战，部分原因是无法进行在轨维修或升级。为了弥补缺乏维修选项的不足，卫星通常配备了备份系统和过量的燃料，导致复杂性、重量和成本增加。
“军方经常修理损坏的飞机、坦克、舰艇和卡车，”NRL 机器人和自主系统高级科学家格伦·亨肖博士说。“我们用最新的雷达、计算机和发动机升级飞机和舰艇。”
“卫星是我们购买的唯一无法在投入使用后进行维修或升级的昂贵设备，这会让纳税人损失金钱，”他补充道。“RSGS 旨在改变这种情况。我们打算证明我们可以使用机器人来升级和维修这些宝贵的资产。”
作为 DARPA 在 RSGS 项目中的机器人有效载荷开发商，NRL 致力于设计、建造、集成和测试新的卫星维修能力。NRL 的太空技术中心（NCST）航天器工程部主管伯尼·凯尔姆表示，如果这个项目取得成功，卫星就可以在轨升级，延长其使用寿命。
“这种合作关系为商业和政府卫星打开了新的维修机会，使通常的近距离检查、轨道调整、硬件升级和维修成为可能，”他说。“我们已经创造了先进的航天硬件和软件，将显著增强卫星维修操作，包括所有机器人控制。”
技术服务公司（Technology Service Corp.）的太空机器人和机构工程师史蒂文·布彻在 NRL 的太空技术中心完成测试后，检查了 RSGS 有效载荷。 | 图片来源：莎拉·彼得森，美国海军
关于热真空（TVAC）测试过程
测试活动让机器人有效载荷在它在轨运行时将面临的各种温度范围内以及类似于太空的真空条件下经受考验。工程师测试了有效载荷的所有方面，包括航空电子设备、摄像头和灯光。
他们还演示了两个机械臂的所有操作，包括发射锁定部署、校准和工具更换。测试还验证了 SpaceWire 通信、机器人顺应性和视觉伺服控制模式。
NRL 花了 20 多年的时间来成熟使 RSGS 项目成为可能的这项技术。它的目的是安全可靠地维修和升级卫星，其中一些卫星的造价超过 10 亿美元。
NRL 表示，在不久的将来，机器人卫星“机械师”可能会用新的电子设备、推进系统或传感器功能来延长卫星的使用寿命。研究人员表示，RSGS 机器人可以展示广泛的维修服务，作为在轨道上建造大型结构（如天文台或太阳能发电站）的前奏。
预计在 2026 年搭载诺斯罗普·格鲁曼的 MRV 航天器总线发射后，机器人有效载荷将进行初始检查和校准，随后将进行全面的运行维修任务。
“NRL 的 RSGS 团队花了近 10 年时间专注于完成这个首创的机器人维修有效载荷的目标，”NRL RSGS 项目经理威廉·文森特说。“IRP TVAC 的完成是一个巨大的里程碑，也是一群敬业的员工无数工作时间的结晶。就像第一次送孩子上大学一样，将 IRP 运往杜勒斯是一个苦乐参半的经历。”
一旦在轨，RSGS 有效载荷将检查和维修地球同步轨道上的卫星。 | 图片来源：莎拉·彼得森，美国海军
NRL 开发出能够在轨维修卫星的机器人，首次亮相于机器人报告网站。
