NASA正在测试新型空间机械臂,极端温度条件下无需控温正常工作
当美国宇航局使用阿尔忒弥斯任务重返月球后,NASA可能到达月球南极进行研究,而月球南极的夜晚温度可能比火星更低。这样的温度条件对于目前的航天器来说将是一个重大挑战,因为目前的航天器依靠耗能的加热器来保障工作温度。
考虑到未来的航天任务可以在极冷的温度下进行,美国宇航局位于南加州的喷气推进实验室正在开发一种新型机械臂,其可以在月球黑夜工作,可持续约14个地球日的月球黑夜。该项目最近在JPL进行了测试,称为冷操作月球可部署机械臂(COLDArm)。COLDArm通过几种新技术突破,创建了一个可在零下173℃温度下长期工作的机械臂系统而无需通过耗能控温。
虽然COLDArm并不会在液氮中运行,但它可以被安装在到木星卫星欧罗巴等冰冻海洋世界的着陆器上运行,在那种条件下由于它无需加热,可在不影响被采样品条件下采集冰等冷凝物体,同时,以好奇号和毅力号等火星探测器为参考,由于无需加热耗能,COLDArm每天可节省30%功耗。
COLDArm机械臂长约2m,其配备了两台商用3D测绘相机,这两台相机与美国宇航局Ingenuity火星直升机上使用的1300万像素彩色相机内置传感器完全一样,这也是COLDArm从Ingenuity继承的几项关键技术之一。各种附件和小型仪器可以放在机械臂末端,包括一个3D打印的钛勺,可用于从天体表面收集样本。
去年9月,在JPL月球风化层模拟实验室中,COLDArm成功完成了月壤收集实验。目前,COLDArm正在进行极端温度条件下的试验考核,计划在本世纪20年代后期发射。
COLDArm关键技术
新材料齿轮——COLDArm机械臂齿轮采用新型金属玻璃材料,其属于一种金属材料,具有独特的成分和结构,其强度约为钢的两倍,且比陶瓷材料具有更好的韧性,因此具有足够的比刚度。更重要的是,这种材料的齿轮在真空低温高压条件下无惧冷焊。
简化布线——由于机械臂下位机无需控温,因此可放置在任何地方,布局时可尽量考虑靠近科学仪器,从而实现无需绝缘和简化布线。
新型六轴力扭矩传感器——COLDArm“手腕”中均安装有新型六轴力扭矩传感器,可为机械臂提供实时反馈,并可以在极端寒冷的环境中运行。
智能AI技术——类似Ingenuity,COLDArm可以自主运行、执行任务并收集图片和传感器数据,而无需地球上的任务控制人员的实时输入。
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