Raketa može podići golem teret, ali ne može ponijeti konstrukciju koja ne stane pod njezin zaštitni pokrov. Za buduće velike teleskope, antene i solarne elektrane u svemiru to je ozbiljno ograničenje. Kineski istraživači razvili su trokutasti modul koji se može sklopiti za lansiranje, zatim raširiti i prilagoditi oblik kako bi se precizno spojio s drugim dijelovima konstrukcije.
U laboratorijskim pokusima sustav je smanjio geometrijske pogreške za više od 98 posto. Kada prilagodba oblika nije bila uključena, dijelovi se nisu pravilno spojili. Kada je sustav za upravljanje oblikom bio uključen, modul je najprije podesio duljinu svojih stranica, zatim se približio drugom dijelu konstrukcije i spojio s njim uz pomoć magneta.
Rad Quanchena Duana, Jialianga Suna i Haiyana Hua, objavljen u srpnju u časopisu Space: Science & Technology, bavi se upravo razlikom između konstrukcije koja se samo rasklapa i konstrukcije koja nakon rasklapanja može ispraviti vlastita odstupanja. Istraživači rade na Sveučilištu za aeronautiku i astronautiku u Nanjingu, a Hu je povezan i s Tehnološkim institutom u Pekingu.
Tri kuta, promjenjive stranice i šest mlaznica
Modul ima tri šesterokutna mehanizma smještena u vrhovima trokuta. Povezuju ih tanki, zakrivljeni elementi od ugljičnih vlakana koji se mogu namotati na bubnjeve. Motori ih izvlače ili uvlače i time mijenjaju duljinu stranica trokuta.
Takva konstrukcija rješava dva odvojena zadatka. Najprije treba postići odgovarajući oblik, kako bi se priključci na kutovima podudarali s onima na već sastavljenom dijelu. Zatim cijeli modul treba dovesti na pravo mjesto i pravilno ga zakrenuti. Podesive stranice služe prvom zadatku, a šest mlaznica, po dvije na svakom kutnom mehanizmu, omogućuje upravljanje gibanjem.
Magneti pomažu pri završnom približavanju, dok elektromagneti i željezni elementi sudjeluju u zaključavanju spoja. U tom rasporedu precizno poravnanje prethodi konačnom spajanju: magnetska privlačnost sama ne može nadoknaditi proizvoljno velik nesklad između dijelova.
Zašto rasklapanje nije dovoljno
Sklopivi elementi privlačni su jer zauzimaju malo prostora tijekom lansiranja. U praksi se takvi elementi ne rasklope uvijek točno onako kako je proračunato. Odstupanja u izradi, trenje i savijanje elastičnih dijelova mogu ostaviti konstrukciju malo drukčijom od one koju su inženjeri zamislili.
Kod velikog broja povezanih modula takve se pogreške mogu zbrajati. Dio koji se treba spojiti na dva mjesta može jednim priključkom dosegnuti cilj, a drugim ga promašiti. Promjena položaja cijelog dijela tada nije dovoljna; potrebno je promijeniti i njegovu geometriju.
Istraživački tim izradio je matematički model koji istodobno opisuje gibanje čvrstih kutnih mehanizama i deformiranje savitljivih poveznica. Na temelju tog modela razvili su sustav za upravljanje oblikom i gibanjem te provjerili ponaša li se prototip u skladu s proračunima.
Pokus na granitnoj ploči
Prototip nije testiran u orbiti. Klizio je nad glatkom granitnom plohom na zračnim ležajevima, čime je znatno smanjeno trenje. Sedam kamera pratilo je oznake na kutnim mehanizmima i slalo podatke sustavu upravljanja. Fiksna struktura u obliku slova V predstavljala je dio konstrukcije na koji se modul trebao spojiti.
U trima pokusima prilagodbe oblika početne geometrijske pogreške od približno 64 do 132 milimetra smanjene su na približno 0,7 do 1,2 milimetra. Pogreške su time smanjene za 98,67 do 99,46 posto. Riječ je o mjeri podudaranja dvaju trokuta koju su autori definirali za ovaj sustav, a ne o izravnoj mjeri preciznosti budućeg teleskopskog zrcala.
U zasebnom pokusu spajanja modul je najprije prilagodio oblik tijekom prvih 25 sekundi, a potom se mlaznicama približio ciljnoj strukturi i spojio. Bez prilagodbe oblika prethodni je pokušaj završio neuspješnim spajanjem.
Što još nedostaje za gradnju u orbiti
Laboratorijska ploha omogućuje provjeru gibanja u ravnini, ali ne obuhvaća sve uvjete slobodnog leta u svemiru. Prototip se pritom oslanjao na vanjske kamere i zemaljski sustav mjerenja. Potpuno samostalno sastavljanje velike konstrukcije, s vlastitim mjerenjem međusobnog položaja modula, ostaje sljedeći razvojni zadatak.
Teleskop bi uz nosivu konstrukciju morao imati i optiku, napajanje, elektroniku te sustav koji održava potreban položaj. Ovaj rad ne prikazuje gotovu zvjezdarnicu. Pokazuje da se jedna od prepreka sklapanju velikih sustava može svladati aktivnim podešavanjem pojedinih dijelova, prije nego što se oni spoje.
Autori daljnji rad usmjeravaju na mjerenje relativnog položaja među modulima i potpunu autonomiju postupka. Cilj je da se dijelovi lansiraju odvojeno, a zatim u orbiti samostalno sastave u konstrukciju punih dimenzija.
