- 加州理工学院研发的机器人系统可在太空中自动建造结构，无需人类介入。
- ASTRA 系统能在近地轨道组装桁架结构，并成功完成第三个区域的组装。
- 该技术使用轻量化的反射材料，可能有助于建造更轻的太空结构。
- 未来应用包括大型太空望远镜和通信基础设施，超出传统航天器的运输能力。
加州理工学院的研究人员首次成功开发出一个能在太空中自动建造结构的机器人系统，无需人类介入。这个自动化的桁架建造机使用机器人操纵器从附近的分配器收集结构支撑和接头，并将它们组装成相同的部分。这项技术是作为美国国防高级研究计划局（DARPA）新颖轨道及月球制造、材料和质量效率设计（NOM4D）计划的一部分开发的。根据团队的说法，这次示范标志着使机器人能够自主建造大型太空结构的进步，不再需要宇航员协助。
ASTRA 系统的组装能力
这个机器人系统能够在太空中组装结构，而无需宇航员的直接协助。这个自动建造者在近地轨道上建造了一部分桁架结构，这是此类技术的首次示范。名为自动化太空张力反射器组装系统（ASTRA）的技术，使用机器人操纵器从舱内的分配器收集结构组件，并重复组装称为区域的桁架部分。其组件包括复合纤维管、铝合金接头及由穿孔的卡普顿薄膜制成的反射面。该系统旨在建造直径为 1.4 米（约 4.6 英尺）的反射天线。
虽然示范未能完成整个天线，但成功组装了第三个桁架区域，证明了自主建造方法的可行性。
ASTRA 结合了机械手臂、电动组件分配器、组装板及一台大小约为 1 立方米（约 35 立方英尺）的机载计算机。该有效载荷于 2026 年 3 月 30 日从范登堡太空部基地发射，搭载于 Momentus Inc. 的 Vigoride 7 轨道运载工具上。该运载工具在 SpaceX 的 Transporter-16 任务中携带了 ASTRA 作为 10 个有效载荷之一。
在发射前，系统包含两个预组装的桁架区域和建造其他部分所需的组件。进入轨道后，地面控制人员指示机载计算机释放发射限制并部署两个现有的区域。随后，机器人操纵器开始组装第三个区域，从附近的分配器取出各个支撑和接头，将其放置在组装板上并连接起来形成所需的结构部分。
太空操作的挑战与解决方案
在完成一个区域的组装后，系统将网状反射薄膜附加到桁架上。设计上使用了两个反射缆网，通过弹簧预张力相互抵挡。一旦准备好，完成的部分会向外推送到太空，让操纵器能够重复进行建造序列。ASTRA 的计划配置由 11 个区域连接至反射面。这项技术的一个重要特征是其轻量化的反射材料，由加州理工学院的研究人员和宾夕法尼亚大学的合作伙伴共同开发。与传统的可展开反射器使用的金属网状材料相比，这种穿孔薄膜需要较少的预张力，这或许能帮助工程师建造更轻的结构，同时保持所需的反射面。
在太空中操作该系统面临了一些在地球实验室测试中未遇到的挑战。团队不得不反复调整指令，并利用太空船传送的影像来排除意外问题。通讯机会限制在每天约七到八个窗口，每个窗口大约 15 分钟。因此，研究人员在 Pellegrino 的加州理工学院实验室中测试 ASTRA 的飞行备件，以寻找潜在解决方案，然后再将修订后的指令发送到轨道系统。该项目是 DARPA NOM4D 计划的第三阶段。
在前两个阶段中，研究人员开发了组装概念并在实验室条件下展示其运作。该计划旨在使结构能够建造数百米甚至几公里大小的建筑。目前的太空结构受到火箭发射器尺寸的限制，需要工程师折叠组件进行部署，或通过多次发射组装部分。自主轨道制造可能提供另一种方法，使结构组件能够在太空中直接组装。
未来的应用潜力
虽然 ASTRA 未能在示范的 12 月任务截止日期之前完成其计划的反射器，但结果为精炼该技术提供了一个起点。未来的应用可能包括大型太空望远镜、无线电频率天线、通信基础设施以及用于在轨道收集能量的太阳能阵列。这些结构最终可能超出使用传统航天器所能运输或展开的系统尺寸。
ASTRA 系统对太空建造的影响
ASTRA 系统的成功示范标志着太空建造技术的一大进步，无需人类介入的自主建造方法将改变未来太空任务的执行方式。这项技术不仅能提高建造效率，还能使结构尺寸超越传统航天器的运输限制，为大型太空设施的建造提供可能性。随着技术的进一步发展，未来可能实现更复杂的太空基础设施，从而促进深空探索和科学研究的进展。