RATS - Research and Technology Studies

Ho sempre apprezzato i video che mostrano le scorribande dei Desert RATS intenti a testare equipaggiamenti, procedure e veicoli come il nuovo rover ruotato. Rover da cui é stato derivato il SEV (Space Exploration Vehicle). Il lavoro svolto dal team RATS é sempre molto interessante, qui sotto il punto della situazione con la traduzione di un elaborato NASA che descrive i test estivi del 2012:

fonte: nasa.gov
NASA RATS - Research and Technology Studies

Premessa
La NASA sta attivamente pianificando l’ampliamento degli orizzonti dell’esplorazione umana dello Spazio e con il sistema SLS (Space Launch System) e Orion il Multi-Purpose Crew Vehicle, gli esseri umani avranno presto la possibilità di viaggiare al di là dell’orbita terrestre. L’obiettivo della NASA è quello di inviare uomini ad esplorare lo spazio profondo ben oltre l’attuale Stazione Spaziale Internazionale, e il lavoro necessario per raggiungere questo obiettivo è iniziato già da tempo.
Il team di ricerca denominato RATS (Research and Technology Studies) sta valutando la tecnologia, i sistemi uomo-robot e l’attrezzatura extra-veicolare per il loro uso in future missioni di esplorazione. Tali valutazioni e prove pratiche sono condotte in ambienti atti a simulare l’ambiente in cui si troveranno a lavorare gli astronauti. Prototipi hardware e sistemi vari forniscono una base di partenza per aiutare scienziati e ingegneri nella progettazione accurata di equipaggiamenti e stabilire i requisiti operativi e le procedure per le operazioni di volo spaziale umano. Ingegneri della NASA, scienziati e tecnici provenienti da tutto il paese si riuniscono ogni anno con i rappresentanti dell’industria e delle università per effettuare test pratici a fronte delle future missioni su asteroidi vicini alla Terra (NEA), la Luna e Marte. Le simulazioni realistiche aiutano il team RATS a determinare i requisiti di sistema necessari per esplorare luoghi così distanti, sviluppando le competenze tecniche necessarie della prossima generazione di esploratori. Non solo, le difficoltà incontrate nelle simulazioni aiuta gli specialisti a farsi un idea delle sfide da affrontare, sulla loro reale fattibilità e quindi convalidare a livello generale future proposte di missioni spaziali.

RATS 2012
Per la prima volta i test non sono stati svolti in aree desertiche. In questa occasione per simulare l’ambiente di microgravità che gli esploratori sperimenteranno su di un asteroide, la squadra RATS ha fatto uso delle attrezzature disponibili presso l’impianto SVMF (Space Vehicle Mockup Facility) della NASA presso il Johnson Space Center di Houston.
Per la missione simulata di quest’anno, una squadra di quattro elementi ha utilizzato il modello statico del SEV (Space Exploration Vehicle), il sistema ARGOS (Active Gravity Response offload System), il laboratorio di Realtà Virtuale (VR) e l’Analog Mission Control Center per raccogliere l’importante massa di dati. Tutte le comunicazioni e le trasmissioni dati con il centro di controllo della missione sono state condotte con 50 secondi di ritardo (per tratta), che rappresenta il ritardo previsto nel corso di una vera e propria missione presso un NEA.
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SEV
Si tratta dell’ultima generazione di “rover” con equipaggio ma senza le ruote, che ovviamente su un’asteroide non sono necessarie dal momento che non c’è abbastanza gravità per far atterrare e mantenere un veicolo sulla superficie. E’ stata quindi elaborata una cabina più spaziosa del rover ruotato, affinata progettualmente tenendo conto dei test già eseguiti sul mezzo terrestre che é stato usato estensivamente nelle precedenti missioni RATS. Nello spazio, avrà propulsori che gli permetteranno di volare intorno alla superficie di un asteroide. Il prossimo passo sarà un flight test vehicle in grado di essere testato nello spazio. Tuttavia prima che NASA arrivi a ciò la progettazione finale della nuova cabina per l’equipaggio e i sistemi andrà verificata attentamente. Per questo motivo nel corso della “missione” di 10 giorni di questo evento RATS 2012, i due equipaggi ciascuno composto da uno scienziato e un ingegnere di volo si sono alternati nel mangiare, dormire, fare esercizi fisici e altre operazioni all’interno del SEV per tre giorni e due notti, come se fossero in missione per un asteroide. Sono stati valutati i vari display di sistema, i controlli e la visibilità esterna, così come il comfort e la vivibilità.


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Simulazione NEA
Lavorare all’interno dell’edificio SVMF comporta molti vantaggi eccetto che per simulare la vista esterna che si avrebbe nell’approcciare un asteroide.
Il gruppo tecnico NASA ha tentato di risolvere il problema sviluppando uno schermo video angolato (nella prima versione era un semplice telo per videoproiettore) che abbraccia l’interna finestratura del SEV in modo di avere una rappresentazione realistica della superficie dell’asteroide su cui si concentra la missione esplorativa. Utilizzando modelli di asteroidi realistici e accurati da un punto di vista scientifico, si voluto raggiungere un grado di realismo tale da poter comprendere come condurre efficacemente operazioni di questo tipo e come usare in modo efficiente il propellente e le altre risorse, limitate per ovvie ragioni logistiche. Inoltre, molta attenzione si pone alla sensazione che ha l’equipaggio riguardo la visibilità esterna sia per quando riguarda la finestratura vera e propria sia per quanto riguarda la disposizione e modalità d’uso delle telecamere di bordo.


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VR Lab
La parete video davanti al muso del SEV è utile quando l’equipaggio si trova all’interno del SEV. Una volta fuori dal veicolo per una attività EVA nello spazio, non ci sono molti posti da usare all’interno dell’edificio SVMF. Per fortuna la NASA ha un sacco di esperienza nella simulazione di passeggiate spaziali e il laboratorio VR è proprio al Johnson di Houston. Il Laboratorio VR è stato a lungo utilizzato per simulare passeggiate spaziali microgravità sia per i voli Space Shuttle che per le attività della Stazione Spaziale Internazionale. Indossando il casco VR e i relativi guanti, i vari operatori possono osservare lo stesso paesaggio che si osserva dai finestrini anteriori del SEV. I guanti tracciano i movimenti delle mani attraverso la simulazione, e consente agli “astronauti” di raggiungere e afferrare campioni di roccia virtuali, proprio come farebbero in una reale passeggiata nello Spazio. All’interno del laboratorio VR sono stati simulati due diverse modalità di passeggiate spaziali. La prima simula il volo libero, che utilizza un jetpack virtuale, un modello che é una via di mezzo tra le prime MMU e l’attuale SAFER delle tute EMU usate anche sulla ISS. La seconda modalità simula un astronauta ancorato e in questo caso l’astronauta lavora con i piedi vincolati alla piattaforma anteriore del SEV.


ARGOS
Quello che non si può fare in virtuale lo si fa con ARGOS (Active Response Gravity Offload System), una gru particolare e “specializzata”. ARGOS può essere usato per fare passeggiate spaziale in cui é possibile "percepire e simulare” 1/6 del peso corporeo, come potrebbe avvenire sulla Luna o 1/3, come Marte. E 'anche in grado di simulare un ambiente (come grado di libertà) in assenza di peso come quando su di un asteroide in modo analogo a quanto si sperimenta sulla Stazione ISS.
RATS 2012 ha usato ARGOS in due modi: a complemento di SEV per la missione che abbraccia l’asteroide, il laboratorio VR più altre attività e poi come attività stand-alone. In questo caso per valutare le tecniche di raccolta dei campioni di roccia, il tipo di strumenti necessari e il loro uso, le operazioni scientifiche sulla superficie nonche le relative procedure (attrezzature e metodi che saranno ulteriormente studiate e approfondite).
Per ogni modalità, é stato allestito un particolare percorso composto da vari tipi di materiali di cui potrebbe essere composto un asteroide (la simulazione reale é stata ricostruita utilizzando vere rocce, e finte pareti realizzate con miscele di trucioli gomma e sughero) e gli operatori della squadra prescelta hanno agito con operazioni scientifiche esattamente come se si trovassero realmente a contatto con il materiale posato sulla superficie di un asteroide.
ARGOS é stato anche utilizzato come parte di una missione più ampia, cioé con un membro dell’equipaggio che conduce nel laboratorio VR una passeggiata spaziale in volo libero, mentre l’altro esegue la stessa prova ma utilizzando ARGOS, spostandosi sulla superficie dell’asteroide lungo la linea di traslazione che permette la gru. Dividendosi in questo modo il lavoro gli astronauti possono comparare e valutare il sistema migliore e più efficace da usare in talune situazioni.
Per i test in modalità stand-alone sono stati valutati quattro modi per spostarsi in giro per l’asteroide: le traslazioni eseguite in modo lineare, quello che usa la piattaforma telescopica fissa del SEV, una combinazione dei due e le traslazioni libere con l’uso del jetpack.


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Fuel Cell
Le celle a combustibile sono state una componente importante per muoversi nello Spazio fin dal programma Gemini e continuano ad essere al centro di molte ricerche e sviluppi. Utilizzando celle a combustibile come fonti di energia, i veicoli possono essere autonomi abbastanza a lungo senza dover essere sempre esposti al Sole per il rifornimento di energia. In genere, le celle a combustibile sono in grado di reagire molto bene a diverse circostanze e quando sono progettare per il volo spaziale richiedono poca cura da parte dell’equipaggio. Esse possono essere dimensionate per qualsiasi tipo di necessità, inoltre producono acqua pura come prodotto di scarto che può essere utilizzata nel sistema termico del veicolo oppure nel sistema di supporto vitale per il consumo personale.
La cella a combustibile usata durante il test RATS 2012 è una versione modificata della cella usata come unità portatile in RATS-2010. La versione aggiornata che verrà usata sarà in grado di fornire 3kW a 320 Volt producendo tutta la potenza di cui ha bisogno il SEV. L’acqua creata durante i test 2012 é stata trasferita tramite pompa ad un modulo di trattamento fornito dal Kennedy Space Center in Florida. Il modulo a sua volta ha fornito acqua deionizzata per una cella elettrolitica che ha diviso l’acqua in idrogeno e ossigeno per poi riempire serbatoi di stoccaggio dei reagenti della cella combustibile. Questo processo tenta di dimostrare un discreto sistema di rigenerazione della cella a combustibile, che aiuterà ad allungare la vita della cella e fornire energia su un più lungo termine.
La cella a combustibile è alloggiata nel Pallete Utility Portable (fornito dal NASA Langley Research Center in Virginia) ed era posizionata posteriormente al SEV.


Ruoli e responsabilità dell’equipaggio
Un tema ricorrente dei test pratici NASA è quello di individuare il modo più efficiente per distribuire tra l’equipaggio le corrette attività di missione. E i test RATS 2012 hanno continuato ad analizzare il miglior uso del tempo e delle risorse dell’equipaggio. Durante la missione simulata, sono state provate diverse combinazioni con uno dei membri dell’equipaggio adibito al lavoro nel SEV, oppure all’esterno in una passeggiata EVA oppure assegnato all’Habitat Deep Space DSH (un avamposto di lavoro e comando che può fungere da stazione di transito in cui l’equipaggio può risiedere durante una missione su un’asteroide). Quattro le diverse tipologie di distribuzione dell’equipaggio che sono state valutate:

  • Uno in SEV, uno in EVA e due nel DSH
  • Uno in SEV, due in EVA e uno nel DSH
  • Due in SEV, uno in EVA e uno nel DSH
  • Due in SEV, due in EVA e nessuno nel DSH

Mission Operations team
Un temporaneo Centro di Controllo missione è stato istituito durante le prove per sostenere diverse missioni di tipo pratico con team scientifici e di supporto, molto simili a quelli che stanno supportando la Stazione Spaziale.
Per RATS 2012, sono state previste sei posizioni chiave:

  • direttore di volo
  • capsule communicator (Comunica direttamente con l’equipaggio).
  • pianificazione operazioni (coordina la timeline quotidiana dell’equipaggio)
  • addetto alle comunicazioni (gestione dell’infrastruttura di comunicazione e il tempo di ritardo della medesima).
  • gestione dati (gestione delle trasmissioni dati e infrastrutture)
  • addetto scientifico (coordina le attività e comunica direttamente con l’equipaggio durante le operazioni scientifiche)

RATS 2012 ha simulato una effettiva missione sull’asteroide ITOKAWA.
ITOKAWA è un asteroide non molto distante dalla Terra di 535 x 294 x 209 metri, il che lo rende circa 5 volte più a largo della Stazione Spaziale Internazionale. L’asteroide prende il nome da Hideo Itokawa, che era conosciuto come il padre della missilistica giapponese e l’agenzia giapponese (JAXA) ha lanciato la sonda Hayabusa che é riuscita a visitare Itokawa nel 2005. Hayabusa, che significa “falco” in giapponese, é stata lanciata nel 2003 per raccogliere campioni dalla superficie dell’asteroide. Una volta terminato il compito ha iniziato il suo ritorno verso la Terra ed è atterrato in Australia nel Giugno 2010 con alcune particelle di polvere.
La missione Hayabusa ha fornito le migliori immagini ed informazioni riguardo una tipologia di asteroide che gli astronauti potrebbero visitare in futuro. Sarà improbabile che Itokawa diventerà oggetto di una ulteriore missione umana, però Hayabusa ha fornito alla squadra RATS molte informazioni per simulare un ambiente NEA. Le immagini che l’equipaggio ha seguito sugli schermi davanti al SEV e nei loro caschi VR era basato su immagini di ITOKAWA modificate per l’uso in VR.

fonte: nasa.gov