Projekt

PULSAR (OG8)

Prototype of an Ultra Large Structure Assembly Robot

Prototype of an Ultra Large Structure Assembly Robot

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    Sonstige

PULSAR erforscht die autonome Montage großer Strukturen im Weltraum. Der Montageprozess erfolgt, ähnlich wie in der Industrie, durch den Einsatz von Robotern, die modulare Bauteile zu einer Gesamtstruktur zusammensetzen. Allerdings bringt die Anwendung im Weltall außergewöhnliche Herausforderungen mit sich und erfordert Innovationen in vielen Bereichen, beispielsweise bei der Manipulation in der Schwerelosigkeit mit freischwebender Basis sowie bei der hochpräzisen Interaktion unter Einfluss von Unsicherheiten und Störeinflüssen. Die notwendigen Technologien sollen in PULSAR bis zu einem Reifegrad (TRL) von 5-6 entwickelt werden.

Die autonome Montage im Weltraum spielt eine kritische Rolle in zukünftigen Missionen, in denen Strukturen notwendig sind, die aufgrund ihrer Größe nicht in einem Stück im All ausgesetzt werden können. Das James Webb Weltraumteleskop mit einem Spiegel von 6,5 Meter Durchmesser hat dieses Limit erreicht. Zukünftige Teleskope mit deutlich größeren Spiegeln, wie das Konzept des High-Definition Space Telescope, erfordern somit neue Montagetechnologien auf Basis autonomer Roboter. Die Notwendigkeit großer Strukturen im Weltraum geht dabei weit über den Einsatz von Teleskopen hinaus und betrifft ebenso Photovoltaikanlagen zur Energiegewinnung, Hitzeschilde zur Landung auf dem Mars, sowie Sonnensegel, mit denen die äußeren Regionen unseres Sonnensystems erforscht werden können.

Das Hauptziel von PULSAR ist die Entwicklung und Demonstration solcher Technologien, die eine präzise Montage einer großen Struktur im Erd-Orbit durch ein autonomes robotisches System ermöglichen. Als Anwendungsszenario dient dabei die Montage eines Teleskopspiegels mit 8 Metern Durchmesser. In diesem Zusammenhang werden drei Demonstratoren gebaut, welche die verschiedenen Herausforderungen in diesem Unterfangen angehen: • dPAMT: Demonstrator für hohe Präzision während der Montage • dLSAFFE: Demonstrator für die Montage in Schwerelosigkeit (Unterwasser) • dISAS: Physikalischer Simulator für die Montage im Erd-Orbit.

Das DFKI Robotics Innovation Center entwickelt den Demonstrator dLSAFFE (demonstrator of Large Structure Assembly in Free Floating Environment), mit dem die Montage einer großen Struktur in Schwerelosigkeit gezeigt werden soll. Hierzu wird die Demonstration unter Wasser in der Maritimen Explorationshalle in Bremen stattfinden. In Kooperation mit dem Partner Graal Tech wird ein unterwassertaugliches Mock-up des Satelliten mit Manipulator gebaut. Das System soll die autonome Montage eines Teils des Teleskopspiegels zeigen. Das Mock-up, der Manipulator und die Spiegelmodule werden dabei im Maßstab 1:1 repräsentiert: Die Module haben einen Durchmesser von 150 cm, der Manipulator hat eine Reichweite von lediglich 2 m. Um trotz der begrenzten Reichweite einen Spiegel mit 8 m Durchmesser zu bauen werden innovative Konzepte entwickelt und in dLSAFFE getestet: Der Manipulator kann einen Teil des Spiegels verschieben und somit den Arbeitsraum wählen. Damit ist es möglich, Module an Stellen zu montieren, die ansonsten außerhalb der Reichweite des Manipulators wären.

Der Großteil der Software, z.B. zur Robotersteuerung, wird im ESROCOS Betriebssystem implementiert. ESROCOS, ein Roboter Framework speziell für die Weltraumrobotik, entstand aus dem gleichnamigen EU Projekt und basiert auf dem von der ESA entwickelten TASTE Framework. DLSAFFE demonstriert somit auch die Einsatzfähigkeit von ESROCOS.

Die Möglichkeit große Strukturen im Weltall zu montieren ist von entscheidender Bedeutung für zukünftige Weltraummissionen, sowohl im kommerziellen als auch im wissenschaftlichen Bereich. Die Entwicklungen in PULSAR sind aber auch für andere Anwendunsgfelder von großer Relevanz, insbesondere für die Unterwasserrobotik und Industrie 4.0. Mit der Bereitstellung standardisierter Schnittstellen und Komponenten in großen Systemen ergeben sich innovative Einsatzmöglichkeiten für autonome Montagetechnologien.

PULSAR ist ein Projekt im Rahmen des EU-Förderprogramms “Horizon 2020”. Das Vorhaben ist aus dem “Space Robotics Technologies”-Aufruf hervorgegangen und läuft unter “Operational Grand 8” (OG8). Die in PULSAR entwickelten Demonstratoren benutzen Bausteine, die in Projekten des vorangegangen Aufrufs entwickelt wurden, insbesondere ESROCOS (OG1), InFuse (OG3) und SIROM (OG5).

Partner

Magellium SAS, Graal Tech SRL, CSEM, DLR, Space Application Services NV, ONERA, Thales Alenia Space

Fördergeber

Europäische Union

H2020-Space-2018. Projekt-ID: 821858

Europäische Union

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Ansprechpartner

Keyfacts

Projektbilder

PULSAR Konzept: Montage modularer Bauteile zu einem Weltraumteleskop durch einen autonomen Roboterarm.

Videos

The size of objects which can be deployed in space as a single piece is very limited by today’s launch vehicles. Large structures, such as next generation space telescopes, thus rely on technology to enable the assembly directly in orbit.

Publikationen zum Projekt

Christian Ernst Siegfried Koch, Marko Jankovic, Sankaranarayanan Natarajan, Shubham Vyas, Wiebke Brinkmann, Vincent Bissonnette, Thierry Germa, Alessio Turetta, Frank Kirchner

In: Robotics and Automation in Space 2020. International Symposium on Systems, Artificial Intelligence, Robotics, and Automation in Space (i-SAIRAS-2020) October 19-23 Online n.n. 10/2020.

Zur Publikation
Malte Wirkus, Moritz Schilling, Benjamin Kisliuk

In: Proceedings of the 15th Symposium on Advanced Space Technologies in Robotics and Automation (ASTRA 2019). ESA/Estec Symposium on Advanced Space Technologies in Robotics and Automation (ASTRA-2019) May 27-28 Noordwijk Netherlands European Space Agency (ESA) 2019.

Zur Publikation

Deutsches Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz
German Research Center for Artificial Intelligence