Ученые из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния, работают над клеящимися захватными инструментами, которые могут захватывать такие объекты, как орбитальный мусор или неработающие спутники, с которыми в противном случае было бы трудно справиться.
Проект захвата геккона был выбран для тестового полета в рамках программы полетных возможностей Управления космических технологий НАСА.
В качестве теста исследователи использовали захваты в короткие периоды невесомости на борту параболического летательного аппарата НАСА C-9B в августе.
«Орбитальный мусор представляет серьезную опасность для космических аппаратов, включая Международную космическую станцию», – сказал Аарон Парнесс, исследователь робототехники JPL, который является главным исследователем захватных устройств. "Это определенно проблема, с которой нам придется столкнуться. Наша система может однажды внести свой вклад в решение."
Система захвата, разработанная Парнессом и его коллегами, была вдохновлена гекконами, ящерицами, которые легко цепляются за стены.
На лапах гекконов есть ветвящиеся множества крошечных волосков, самые маленькие из которых в сотни раз тоньше человеческого волоса. Эта система волос может легко прилегать к шероховатой поверхности.
Хотя исследователи не могут создать идеальную копию лапки геккона, они нанесли «волосяные» структуры на липкие подушечки захватов.
Синтетические волосы, также называемые стеблями, имеют клиновидную форму и наклонную шляпку в форме гриба.
Когда подушечка для захвата слегка касается части объекта, только самые кончики волосков соприкасаются с этой поверхностью.
«Липкость захватов можно включать и выключать, изменяя направление, в котором вы тянете за волосы», – сказал Парнесс.
Чтобы захват приклеился к поверхности, к материалу липкой накладки прикладывают силу таким образом, чтобы волоски изгибались. Это увеличивает реальную площадь контакта между волосками и поверхностью, что соответствует большей адгезии.
Когда сила ослабляется и волосы возвращаются в вертикальное положение, этот процесс отключает липкость.
Феномен, называемый силами Ван-дер-Ваальса, названный в честь лауреата Нобелевской премии физика Иоганна Дидерика ван дер Ваальса, объясняет непостоянную липкость захватов, а также лап геккона. Эти временные силы сцепления возникают из-за того, что электроны, вращающиеся вокруг ядер атомов, не расположены равномерно, создавая небольшой электрический заряд.
Такие силы сохраняются даже в экстремальных условиях температуры, давления и излучения.
«Надежность сил Ван-дер-Ваальса даже в суровых условиях делает их особенно полезными для космических приложений», – сказал Парнесс.
«Система могла бы захватывать объекты в космосе, которые вращаются или кувыркаются, и в противном случае на нее было бы трудно попасть», – сказал он.
В недавних испытаниях захваты смогли схватить 20-фунтовый куб, когда он плыл.
Захваты также смогли схватить исследователя, одетого в жилет из панелей космического материала, представляющий собой объект весом 250 фунтов."Члены исследовательской группы держали устройство с помощью липких прокладок во время испытания, но в конечном итоге идея состоит в том, чтобы интегрировать захваты в руку или ногу робота.
Всего захваты прошли испытания на более чем 30 поверхностях космических аппаратов в Лаборатории реактивного движения.
Они также были успешно протестированы в термовакуумной камере JPL с условиями полного вакуума и температурой минус 76 градусов по Фаренгейту (минус 60 градусов по Цельсию) для имитации условий космоса. Пока Парнесс учился в аспирантуре Стэнфордского университета в Пало-Альто, Калифорния, захваты были испытаны отдельно в более чем 30 000 циклов включения и выключения, при этом клей оставался прочным. С тех пор было разработано несколько прототипов.
На орбите более 21000 осколков размером более 3.9 дюймов (10 сантиметров) на орбите Земли.
U.S. Сеть космического наблюдения регулярно отслеживает эти объекты. В 2009 году произошло случайное столкновение работающего спутника связи с большим обломком, в результате чего спутник был разрушен.
Помимо захвата орбитального мусора, захваты могут помочь осмотреть космические корабли или помочь небольшим спутникам при стыковке с Международной космической станцией.
Захваты – еще один пример того, как технологии стимулируют исследования.
Калифорнийский технологический институт управляет Лабораторией реактивного движения для НАСА.