- 加州理工學院研發的機器人系統可在太空中自動建造結構，無需人類介入。
- ASTRA 系統能在近地軌道組裝桁架結構，並成功完成第三個區域的組裝。
- 該技術使用輕量化的反射材料，可能有助於建造更輕的太空結構。
- 未來應用包括大型太空望遠鏡和通信基礎設施，超出傳統航天器的運輸能力。
加州理工學院的研究人員首次成功開發出一個能在太空中自動建造結構的機器人系統，無需人類介入。這個自動化的桁架建造機使用機器人操縱器從附近的分配器收集結構支撐和接頭，並將它們組裝成相同的部分。這項技術是作為美國國防高級研究計劃局（DARPA）新穎軌道及月球製造、材料和質量效率設計（NOM4D）計劃的一部分開發的。根據團隊的說法，這次示範標誌著使機器人能夠自主建造大型太空結構的進步，不再需要太空人協助。
ASTRA 系統的組裝能力
這個機器人系統能夠在太空中組裝結構，而無需太空人的直接協助。這個自動建造者在近地軌道上建造了一部分桁架結構，這是此類技術的首次示範。名為自動化太空張力反射器組裝系統（ASTRA）的技術，使用機器人操縱器從機艙內的分配器收集結構組件，並重複組裝稱為區域的桁架部分。其組件包括複合纖維管、鋁合金接頭及由穿孔的卡普頓薄膜製成的反射面。該系統旨在建造直徑為 1.4 米（約 4.6 英尺）的反射天線。
雖然示範未能完成整個天線，但成功組裝了第三個桁架區域，證明瞭自主建造方法的可行性。
ASTRA 結合了機器手臂、電動組件分配器、組裝板及一台大小約為 1 立方米（約 35 立方英尺）的機載計算機。該有效載荷於 2026 年 3 月 30 日從范登堡太空部基地發射，搭載於 Momentus Inc. 的 Vigoride 7 軌道運載工具上。該運載工具在 SpaceX 的 Transporter-16 任務中攜帶了 ASTRA 作為 10 個有效載荷之一。
在發射前，系統包含兩個預組裝的桁架區域和建造其他部分所需的組件。進入軌道後，地面控制人員指示機載計算機釋放發射限制並部署兩個現有的區域。隨後，機器人操縱器開始組裝第三個區域，從附近的分配器取出各個支撐和接頭，將其放置在組裝板上並連接起來形成所需的結構部分。
太空操作的挑戰與解決方案
在完成一個區域的組裝後，系統將網狀反射薄膜附加到桁架上。設計上使用了兩個反射纜網，通過彈簧預張力相互抵擋。一旦準備好，完成的部分會向外推送到太空，讓操縱器能夠重複進行建造序列。ASTRA 的計劃配置由 11 個區域連接至反射面。這項技術的一個重要特徵是其輕量化的反射材料，由加州理工學院的研究人員和賓夕法尼亞大學的合作夥伴共同開發。與傳統的可展開反射器使用的金屬網狀材料相比，這種穿孔薄膜需要較少的預張力，這或許能幫助工程師建造更輕的結構，同時保持所需的反射面。
在太空中操作該系統面臨了一些在地球實驗室測試中未遇到的挑戰。團隊不得不反覆調整指令，並利用太空船傳送的影像來排除意外問題。通訊機會限制在每天約七到八個窗口，每個窗口大約 15 分鐘。因此，研究人員在 Pellegrino 的加州理工學院實驗室中測試 ASTRA 的飛行備用部件，以尋找潛在解決方案，然後再將修訂後的指令發送到軌道系統。該項目是 DARPA NOM4D 計劃的第三階段。
在前兩個階段中，研究人員開發了組裝概念並在實驗室條件下展示其運作。該計劃旨在使結構能夠建造數百米甚至幾公里大小的建築。當前的太空結構受到火箭發射器尺寸的限制，需要工程師折疊組件進行部署，或通過多次發射組裝部分。自主軌道製造可能提供另一種方法，使結構組件能夠在太空中直接組裝。
未來的應用潛力
雖然 ASTRA 未能在示範的 12 月任務截止日期之前完成其計劃的反射器，但結果為精煉該技術提供了一個起點。未來的應用可能包括大型太空望遠鏡、無線電頻率天線、通信基礎設施以及用於在軌道收集能量的太陽能陣列。這些結構最終可能超出使用傳統航天器所能運輸或展開的系統尺寸。
ASTRA 系統對太空建造的影響
ASTRA 系統的成功示範標誌著太空建造技術的一大進步，無需人類介入的自主建造方法將改變未來太空任務的執行方式。這項技術不僅能提高建造效率，還能使結構尺寸超越傳統航天器的運輸限制，為大型太空設施的建造提供可能性。隨著技術的進一步發展，未來可能實現更複雜的太空基礎設施，從而促進深空探索和科學研究的進展。