Máquinas espaciales Altius

En 2010, Altius Space Machines, con el apoyo de SRI International, inventó el sistema de acoplamiento electroadhesivo "Sticky Boom" para resolver varios de los desafíos clave asociados con el acoplamiento y la captura del contenedor de muestras en órbita (OSC) para una misión de retorno de muestras de Marte (MSR) . Este sistema mejora significativamente los sistemas de captura de contenedores de muestras propuestos anteriormente, al proporcionar las siguientes características clave:

• Alta seguridad intrínseca: el evento de contacto y captura tiene lugar a una distancia significativa del orbitador.
• Dirección electromecánica para los últimos metros del proceso de encuentro y captura OS: reduce el consumo de propulsor de encuentro.
• Alta tolerancia a los errores de posicionamiento y velocidad entre el orbitador y el objetivo: reduce los requisitos de control de precisión del orbitador durante la maniobra de captura.
• Masa y volumen muy bajos en comparación con otras soluciones.
• El mismo sistema puede capturar el sistema operativo y transferirlo a un vehículo de entrada terrestre utilizando el mismo hardware.
• Proporciona un método sencillo y fiable para la detección de contacto y proximidad sin necesidad de mecanismos mecánicos.
• Solución de bajo riesgo: los brazos se basan en sistemas con amplia experiencia de vuelo, el dispositivo de captura ha sido sometido a extensas pruebas en un entorno terrestre, así como a pruebas dinámicas preliminares exitosas en microgravedad a bordo de un avión parabólico.
• Lo suficientemente pequeño como para realizar pruebas asequibles a corto plazo en órbita terrestre baja utilizando CubeSat u otras oportunidades de transporte compartido.

En julio de 2011, Altius Space Machines ganó el primer lugar en el Concurso de Planes de Negocios NewSpace 2011 en Silicon Valley , patrocinado por la Space Frontier Foundation . ^{[ 1 ]}

Altius ganó un contrato con DARPA en julio de 2012 para construir un brazo robótico extensible de material compuesto para el proyecto DARPA Phoenix . ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} También comenzaron a trabajar en 2012 en el desarrollo de pinzas adhesivas Gecko , como parte del trabajo para construir una herramienta Gecko Gripper Touch-to-Grasp que incorporaba la "tecnología adhesiva Gecko sintética del JPL que imita la capacidad de los lagartos Gecko para adherirse a las paredes". El trabajo aprovechó el trabajo previo realizado por Altius sobre mecanismos de captura no cooperativos mediante electroadhesión . ^{[ 5 ] [ 6 ]}

En 2014, Altius comenzó a trabajar en una tecnología de aerocaptura y aerofrenado MagnetoShell para cubesats . Llamado MIDAS , Sistema de Aerocaptura Desplegable Interplanetario Multiusos, los CubeSats 6U estarán diseñados para ser utilizados en una misión interplanetaria como a Marte, Venus o la luna Europa de Júpiter ^{[ 7 ] [ 8 ].}

Otro trabajo incluye el "Sistema de Recuperación de Rocas de Asteroides Kraken". A finales de 2014, Altius prevé probar prototipos de brazos de agarre y sistemas de sujeción sin cierre de fuerza para capturar una roca de la superficie de un asteroide . El estudio está financiado por la NASA como parte de su proyecto más amplio de Misión de Redirección de Asteroides (ARM) y tiene como objetivo perfeccionar los conceptos del sistema y las tecnologías clave, al tiempo que se evalúa la viabilidad de posibles colaboraciones comerciales para ARM. ^{[ 9 ]}

En 2015, Altius ganó un contrato para construir manipuladores robóticos ligeros que utilizan brazos STEM compuestos enrollables para proporcionar un grado de libertad de extensión/retracción prismática, como brazos robóticos para los Assistive Free-Flyers (AFF) en la Estación Espacial Internacional . Estos manipuladores de brazo STEM de baja inercia (LISA) pueden proporcionar capacidades de manipulación comparables o mejores a los AFF que los manipuladores robóticos tradicionales, pero con menos masa, menor inercia, mejor capacidad de almacenamiento y la capacidad de alcanzar lugares de difícil acceso.: ^{[ 10 ] [ 11 ]}

Etiquetas DogTags™ instaladas en satélites Airbus-OneWeb . Crédito: Roscosmos

Etiqueta para perros™

El DogTag™ es un dispositivo de agarre universal que admite una amplia variedad de métodos de captura.  : Número de patente: US 2019/0241286A1

• Agarre mecánico
• Captura de trampa
• Captura magnética
• Adhesión de gecko
• Adhesión electrostática
• Adhesión química
• Captura con arpón

Cientos de unidades se encuentran actualmente en órbita y está previsto el lanzamiento de cientos más, todas ellas totalmente cualificadas para el espacio según los estrictos requisitos de Airbus-OneWeb Satellites. Vídeo de OneWeb en YouTube.

Los electroimanes permanentes (EPM) son una tecnología patentada por Altius Space Machines que ofrece numerosas ventajas sobre las interfaces mecánicas o magnéticas existentes. Los EPM son imanes conmutables de estado sólido, sin partes móviles y que pueden adoptar un número ilimitado de formatos. Número de patente: 10984936. Combina las mejores características de ambas variedades para proporcionar un campo magnético deseado que:

• Agarre muy fuerte: ya se ha demostrado una resistencia de 500 kPa (72,5 psi), con capacidad teórica de hasta 1 MPa (145 psi).
• No tiene poder para mantener el estado, solo para cambiarlo.
• De estado sólido, sin partes móviles.
• Comando y control sencillos
• Disponible en modo dual (atracción por distancia/agarre a la superficie/apagado) o en modo único (encendido/apagado).
• El campo magnético está estrictamente restringido y no crea ningún flujo magnético significativo más allá de la interfaz pasiva.

Los EPM combinan la capacidad de ajuste de los electroimanes con la estabilidad de los imanes permanentes para producir un pestillo magnético excepcionalmente capaz sin piezas móviles.

Productos basados ​​en EPM

Altius ha desarrollado numerosos productos que incorporan la tecnología EPM y continúa inventando productos nuevos e innovadores para satisfacer las necesidades de mantenimiento en órbita.

MagTag™

MagTag™ con núcleo de transferencia de energía/datos

Núcleo central configurable MagTag™

Altius ha desarrollado una interfaz modular MagTag que permite un nuevo paradigma en el diseño, la construcción y el mantenimiento de naves espaciales: una interfaz de conexión eléctrica y/o de fluidos con enclavamiento EPM.

• Robusto: Los EPM ofrecen una fuerte  conexión magnética (1 kN) sin piezas móviles.
• Ligero y discreto: <500 g en total, cada mitad de la interfaz cabe dentro de un  sobre de 10 x 10 x 5 cm.
• Enclavamiento: Los EPM solo requieren energía (<20 J) para cambiar los estados de agarre de encendido a apagado y mantendrán el enclavamiento sin energía activa.
• Altamente capaz: El diseño básico admite 600 W de potencia transferida a 28 V y  velocidades de transferencia de datos superiores a 1 Gbit/s.
• Capacidad de bloqueo de lanzamiento: Las etiquetas magnéticas son lo suficientemente resistentes como para soportar cargas útiles de varios kilogramos durante el lanzamiento.
• Escalable: Los conjuntos de MagTags en un palé pueden soportar una variedad de módulos y submódulos para su instalación.

Cambiador de herramientas magnético

El cambiador de herramientas magnético de Altius utiliza un pestillo magnético EPM conmutable de estado sólido y funciona como un efector final robótico. El lado robótico se conecta a un lado de la herramienta que puede albergar diversas herramientas (robóticas o tradicionales). Si la herramienta es robótica, el cambiador puede suministrarle energía y datos, y utilizarla como si estuviera conectada directamente a la red eléctrica.

• Diseño hermético resistente al polvo: Diseñado sin piezas eléctricas o mecánicas móviles expuestas a ninguno de los lados de la interfaz.
• Alta fiabilidad: Al no tener piezas móviles, aumenta drásticamente la fiabilidad en comparación con los cambiadores de herramientas mecánicos tradicionales.
• Baja potencia de accionamiento: El diseño de imán conmutable de estado sólido tiene un bajo consumo de energía máxima (<5 W si se desea), consumiendo energía solo cuando el imán cambia de encendido a apagado.
• Ligero/Compacto: Al eliminar la necesidad de sistemas de cierre mecánicos complejos, el cambiador de herramientas propuesto puede ser considerablemente más ligero que los cambiadores de herramientas mecánicos tradicionales.
• Capacidad de acceso en espacios reducidos: El cambiador de herramientas EPM compacto permite la inserción de herramientas de muestreo o sensores en áreas geométricas mucho más estrechas de lo que sería posible con un diseño de torreta o cambiador de herramientas mecánico.
• Alimentación y transferencia de datos: El cambiador de herramientas es capaz de suministrar energía de forma inalámbrica (inductiva) y transferir datos a más de 100 vatios y hasta 870  Mbit/s. Los datos se transfieren mediante tecnología Keyssa .

Acoplamiento y ensamblaje en el espacio

ESCHER (ejemplo)

Altius fue seleccionada en el marco del programa SBIR de la NASA para desarrollar la interfaz robótica basada en EPM (Experimental Swarm Construction Hardware EPM based Robotic interface, ESCHER) para la iniciativa de ensamblaje en el espacio (ISA, por sus siglas en inglés) de la NASA , que consiste en satélites modulares e instalaciones espaciales.

Aplicaciones de la NASA

• Ensamblaje en el espacio (ISA) de satélites modulares e instalaciones espaciales
• Estructuras de montaje/desmontaje rápido que permiten misiones multirobot para la exploración planetaria colaborativa.
• Interfaz universal para estructuras orbitales y planetarias ensamblables en enjambre

Aplicaciones terrestres

• Interfaz de intercambio rápido de cargas útiles para cargas útiles alojadas y reemplazables.
• Interfaz para vehículos aéreos no tripulados (UAV) para acoplamiento, recarga y manipulación de carga útil.
• Interfaz universal para el montaje/desmontaje robótico de estructuras terrestres en entornos remotos y hostiles.

Conector de fluido criogénico para reabastecimiento de combustible en el espacio

Características:

• Diseñado para reutilizar los vástagos de válvula de placa de acoplamiento existentes en los vehículos de lanzamiento.
• Conexión con fuerza de acoplamiento cero mediante imanes electropermanentes de estado sólido (EPM).
• Las fuerzas de acoplamiento y expulsión son reaccionadas localmente por un mecanismo de descenso específico que consta de un conjunto de servomotores lineales.
• Válvula doble para desconexión en seco
• Autoalineación

Presupuesto:

• Tasa de fuga promedio de helio a 50 psi: 0,00001 cc/seg
• Probado a prueba hidrostática de 100 psi
• Coeficiente de flujo (agua): 4,9-5,3
• Cierre magnético probado hasta 1000 N (límite del sensor de fuerza).
• Fuerza de cierre máxima de 2135 N

Crioacoplador v2

Altius ha desarrollado una válvula de transferencia de propulsor de accionamiento electromecánico para la transferencia de fluidos o gases. Contiene un conjunto activo y pasivo emparejado para un acoplamiento de fluidos tolerante .

• Masa del conjunto activo: <1,2  kg
• Masa del conjunto pasivo: <0,3  kg
• MAWP: 725 PSI
• Carrera total: 1,75"
• Tolerante a la desalineación mecánica y a los gradientes térmicos.