OSAM衛星項目簡介

OSAM全稱為“On-Orbit Servicing,Assembly and Manufacturing”，意為在軌服務、裝配和制造。與傳統生產制造模式相比，OSAM可以大大擴展航天器的性能、可用性、復原力和壽命。NASA的OSAM衛星任務分為兩顆，分別是OSAM-1與OSAM-2。

OSAM-1衛星計劃于2025年后發射，旨在使用機械臂為Landsat 7地球成像衛星進行軌道捕獲與燃料加注工作，完成主要任務后，由麥克薩科技公司(Maxar Technologies)制造的空間基礎設施靈巧機器人(Space Infrastructure Dexterous Robot，SPIDER)進行在軌組裝與制造任務。

OSAM-1燃料加注與在軌組裝任務示意圖

OSAM-2衛星預計不早于2024年發射，正在開發與OSAM-1任務互補的技術。該衛星將在軌道上建造并部署一個替代太陽能電池陣列。在軌準備就緒后，OSAM-2將3D打印一個從航天器一側延伸10米的橫梁，完成后將來到航天器的另一側打印一個延伸6米的橫梁。

OSAM-2在軌打印任務示意圖

OSAM-1核心能力

OSAM-1衛星的核心能力為三支機械臂，其中兩支由NASA戈達德太空飛行中心制造，第三支由麥克薩科技公司制造。

前兩支機械臂廣泛繼承了過去火星探測任務中機械臂的傳統，該系統的設計在很大程度上利用了早期為美國國防部高級研究計劃局(DARPA)“前端機器人技術”(FREND)項目開發的機械臂。該系統設計還借鑒了先前NASA和DARPA在運動控制、機器人軟件框架、柔性線束、力扭矩傳感器、關節設計和飛行操作的經驗。該機械臂具有七個自由度——一個三軸肩部、一個肘部俯仰致動器和一個三軸球形手腕。其他功能包括手臂末端的六軸力/扭矩傳感器，以及可傳送數據、電源和視頻的柔性線束。該機械臂機動性高，非常適合于需要自主捕獲和靈巧操作的任務——從抓取衛星進行在軌維修，到從旋轉的小行星上捕獲巨石，再到在軌道上組裝和維修大型望遠鏡，或在火星上為宇航員設置工作場所。

該機械臂早期版本

由Maxar Technologies制造的SPIDER機械臂長5米，擁有7個自由度，以便進行在軌組裝，它能夠很好的適應航天器架構與新太空任務的靈活性彈性。在完成燃料加注任務后，SPIDER機械臂將組裝七個元件以形成一個功能齊全的3米通信天線，并制造一個10米長的輕質復合梁，驗證其為未來任務建造大型航天器結構的能力。此外，SPIDER機械臂組裝的天線還將展示與地面站的Ka波段傳輸。

Archinaut在軌增材制造四個步驟

Archinaut可應用于多種配置，提供多種功能：

1、擴大的太陽能電池陣列系統、顯著提升其功率(是最先進技術所提供功率的5倍);

2、實施在軌燃料補充或再補給任務;

3、重新配置發射基礎設施，將空間碎片變為價值資產;

4、擴展科學探索以及遙感任務天線;

5、重新配置平臺結構;

6、使用大規模基線干涉測量法進行勘察探索;

7、為大衛星保留拋物面反射器和大孔徑的陣列背板。

除核心的“建筑師”(Archinaut)技術外，NASA于2019年選擇了Motiv Space Systems的xLink機械臂作為OSAM-2衛星任務的合作伙伴。一旦進入軌道，OSAM-2航天器將利用xLink機械臂幫助定位3D打印元件并負責太陽能電池陣列的組裝任務。

xLink機械臂

項目進展

OSAM-1

2021年4月，NASA和Maxar Technologies成功完成了OSAM-1任務平臺的關鍵設計審查(CDR)。這一里程碑表明，OSAM-1航天器平臺設計的成熟度足以支持制造、組裝、集成和測試的進行。2022年2月，OSAM-1航天器完成了整體的關鍵設計審查。后續Maxar Technologies將把航天器總線運送往NASA進行組件的集成和測試，為發射做好準備。

OSAM-2

OSAM-2的地面測試環節發生在 2016年至 2019年之間：2017年，該團隊在模擬太空壓力和溫度條件的獨特 NASA設施中成功地3D打印了結構梁并在熱真空室中進行的測試證明了該打印設備可以在預期的空間壓力和溫度下工作。2018年，OSAM-2團隊在完成了第二次熱真空測試，該測試展示了使用機械臂在模擬空間環境中執行組裝和制造能力。

2020年，Redwire公司展示了Archinaut技術能夠在預期的軌道條件下成功打印長為7米的結構。2022年，Redwire公司通過了關鍵任務設計審查(CDR)，標志著設計階段的結束以及飛行硬件構建和驗證過程的開始。

未來展望

通過OSAM衛星項目，未來有望實現在軌部署、在軌捕獲對接、助推與重新定位、碎片清除、維修升級、更換組件、燃料補給、在軌制造以及回收與再利用等一系列功能。

未來，該項目有望打破傳統的航天器應用模式，為航天器的發射與運行開辟更多的選擇空間，使太空操作更具彈性、效率和成本效益，幫助政府與私人企業更好的管理太空資產。