Come può una mano spaziale assemblare enormi satelliti?

Nel 2023 gli astronauti della Shenzhou‑15 hanno usato per la prima volta un nuovo strumento: un meccanismo di aggancio a doppio punto, tenuto in mano. Serve a collegare carichi molto grandi, più grandi del razzo che li ha lanciati, durante le attività extraveicolari (EVA). Il dispositivo ha due sonde‑droghe che si incastrano, garantendo un allineamento preciso anche se gli astronauti non sono perfettamente allineati. Grazie a un sistema di amplificazione della forza, un piccolo sforzo della mano si trasforma in una connessione rigida, così da bloccare o sbloccare il carico con un solo gesto. Il design è pensato per l’ergonomia: si può cambiare mano, usarlo con una sola mano e richiede una forza limitata, fondamentale in assenza di gravità. Prima del volo, gli ingegneri hanno simulato dinamica, statica e cinematica con modelli al calcolo e hanno testato il prototipo a temperature estreme, da -150 °C a +150 °C, per verificare resistenza e precisione. I risultati hanno confermato le previsioni dei software di elementi finiti. Questo strumento apre la strada a costruzioni più ambiziose nello spazio, come stazioni più grandi o telescopi a lunghissima focale, riducendo la dipendenza da robot autonomi e aumentando la flessibilità delle missioni di manutenzione.

Il meccanismo a doppio punto è stato progettato con un approccio di ingegneria dei fattori umani (Human Factors Engineering). La configurazione probe‑drogue consente una tolleranza di disallineamento di ±5 mm in traslazione e ±2° in rotazione, grazie a guide flessibili e a un sistema di bloccaggio a molla. Il meccanismo di amplificazione della forza utilizza una leva a quattro bracci con rapporto di trasmissione 1:12, così che una forza di 10 N applicata dall’operatore genera circa 120 N di compressione sul punto di contatto, garantendo una connessione rigida senza richiedere sforzi eccessivi. Le simulazioni numeriche sono state eseguite con software di elementi finiti (ANSYS) per valutare le sollecitazioni statiche e dinamiche durante le fasi di avvicinamento, aggancio e separazione. I risultati hanno mostrato picchi di stress inferiori al 30 % della resistenza a fatica del materiale (alluminio 7075‑T6). I test termici hanno simulato l’ambiente termico della Stazione Spaziale Internazionale, con cicli di -150 °C a +150 °C, verificando che le tolleranze dimensionali rimangano entro ±0,2 mm. Inoltre, i test di cinetica hanno confermato che la velocità di avvicinamento ottimale è di 0,02 m/s, riducendo il rischio di impatti violenti. L’intero processo di validazione ha incluso prove di docking in camera a vuoto, con sensori di forza integrati per monitorare il carico in tempo reale. Queste analisi hanno fornito una base solida per l’impiego del dispositivo in missioni future, dove la modularità e la capacità di assemblare strutture di grandi dimensioni saranno cruciali per la costruzione di habitat lunari o stazioni orbitanti più estese.