Dexterity experiments with the CubeSat-based robotic arm LISA-ODISEE as part of the HOMER-ODISEE project - Benchmarking Arm Reliability in microgravity Tests (BART)
Die immer größer werdende Satellitendichte im erdnahen Orbit sowie die unabdingbare Notwendigkeit einer nachhaltigeren Nutzung der wertvollen niedrigen Erdorbits erfordern dringend kosteneffiziente Lösungen für On-Orbit-Inspektion, die Wartung aktiver Satelliten und die aktive Beseitigung von Weltraumschrott. Darüber hinaus werden künftige Raumfahrtmissionen zwingend auf fortschrittliche robotische Manipulationsfähigkeiten direkt im Orbit angewiesen sein. Um dieser Herausforderung zu begegnen, untersucht das Experiment „Benchmarking Arm Reliability in microgravity Tests“ (BART) die Leistungsfähigkeit eines neuartigen Robotermanipulators unter simulierten Weltraumbedingungen. Der Robotermanipulator wurde im Rahmen des DLR-geförderten Verbundprojektes „HOMER-ODISEE“ an der TU Berlin und RWTH Aachen entwickelt.
Das Herzstück des Experiments bildet „LISA“ – ein hyperredundanter Roboterarm, der exakt auf das minimale Volumen eines CubeSats zugeschnitten ist. Seine größte Innovation liegt in der kompakten Bauweise der Gelenke: jedes Modul verfügt über ein vollständig integriertes Antriebssystem. Da die Motor-Getriebeeinheiten und die nötige Elektronik direkt in den Modulen vereint sind, werden externe Verkabelung und Steckverbinder überflüssig und die Effizienz des Arbeitsraums maximiert. Gesteuert wird der Roboterarm durch eine neuartige Bewegungsplanungssoftware, die selbst komplexe Manöver im Vorfeld intelligent berechnet und dafür sorgt, dass der Arm seine Aufgaben sicher und präzise ausführt.
Im Rahmen der Parabelflugkampagne sollen die Hardware und Software dieses Robotersystems in einer Mikrogravitationsumgebung validiert werden. Im Vordergrund steht die Demonstration der allgemeinen Funktion und der Positioniergenauigkeit des Arms. Außerdem soll gezeigt werden, dass das System durch seine redundante Bauweise auch dann noch einsatzfähig bleibt, wenn einzelne Gelenke ausfallen. Darüber hinaus sollen typische Wartungsaufgaben simuliert werden. Durch geschickte Bewegungspfade sollen die dabei an die Roboterbasis übertragene Kräfte und Momente aktiv minimiert werden. Bei einem späteren Einsatz auf einem freischwebenden Trägersatelliten kann dadurch das Lageregelungssystem entlastet und Treibstoff eingespart werden.
Insgesamt stellt das BART-Experiment einen bedeutenden Schritt hin zum Einsatz autonomer, kosteneffizienter Robotersysteme für die Satellitenwartung und die Reduzierung von Weltraumschrott dar. Es etabliert damit eine essenzielle Schlüsseltechnologie, die für die Bewältigung der logistischen und ökologischen Herausforderungen der zukünftigen Raumfahrt unabdingbar sein wird.