Der Soft-Capture-Docking-Mechanismus ist eine entscheidende Lösung für das Verbinden von Raumfahrzeugen in der Schwerelosigkeit. Dieser Artikel konzentriert sich auf die Vorteile des Einsatzes eines Drei-Punkt-Greifmechanismus zur Fixierung und Steuerung von Raumfahrzeugen, ähnlich der Funktionsweise des Canadarm-Systems am Space Shuttle.
Die Verwendung von drei Greifpunkten, oder der sogenannte «Captured»-Mechanismus im Fachjargon des Space-Shuttle-Programms, ermöglicht die vollständige Kontrolle über das vom Roboterarm gehaltene Objekt. Das Canadarm-System ist in der Lage, Massen von bis zu 100 Tonnen zu bewegen. Mit drei gleichzeitig arbeitenden Roboterarmen könnte ein Treibstofftanker mit einer Nutzlast von 300 Tonnen von einer Raumstation fixiert und gesteuert werden, wodurch ein einheitliches System entsteht.
Diese Greif- und Haltesysteme, entwickelt von MDA, wiegen jeweils weniger als 400 kg, dank einer einfachen Konstruktion, die nur ein Schultergelenk, ein Handgelenk und ein ausziehbarer Rohrabschnitt umfasst. Der Andockvorgang beginnt damit, dass sich der Treibstofftanker der Raumstation nähert. Die Raumstation fährt dann einen Roboterarm aus, um den Treibstofftanker zu greifen und zu halten. Anschliessend justiert die Raumstation mithilfe der Motoren des Schulter- und Handgelenks die Position des Treibstofftankers, sodass die beiden verbleibenden Roboterarme ebenfalls greifen und festhalten können. Sobald alle drei Roboterarme den Tanker fixiert haben, justieren und ziehen sie die beiden Raumfahrzeuge gleichzeitig näher zusammen, um das präzise Andocken über die QD-Schnittstelle zu ermöglichen.
Der Einsatz von drei Greifpunkten bietet nicht nur Stabilität, sondern auch Flexibilität bei der Ausrichtung von zwei grossen und schweren Objekten in der Schwerelosigkeit. Dieser Mechanismus ermöglicht es auch, dass nur ein Raumfahrzeug Triebwerksleistung für die Positionsanpassung benötigt. Darüber hinaus reichen zwei von drei funktionierenden Roboterarmen aus, um den Andockvorgang zu gewährleisten, was ein gewisses Mass an Redundanz schafft. Im Falle eines Ausfalls kann die Raumstation ausgetauscht oder ein Frachtraumschiff mit Canadarm2 hochgeschickt werden, um den defekten Roboterarm zu reparieren oder zu ersetzen.
Die Verwendung von standardisierten Greifpunkten, die mit Canadarm2 auf Raumfahrzeugen kompatibel sind, bietet hohe Flexibilität für zukünftige Anwendungen, einschliesslich des Einsatzes am Lunar Gateway. Dieser Standard umfasst feste Verbindungen für Kommunikation und Stromversorgung. Dieses Design hat sich im Weltraum mit hoher Lebensdauer und geringer Ausfallrate bewährt. SpaceX könnte bei Bestellungen von 60 bis 120 Systemen niedrige Produktionskosten erzielen, da die BEO-Missionen zum Mond und zum Mars zunehmen. Da die Greifziele sehr einfach sind, könnte SpaceX in Zukunft Tausende von Systemen selbst produzieren.
Ein weiterer Vorteil der Verwendung von standardisierten Canadarm2-Greifpunkten ist die Möglichkeit, Roboterarme vom Typ Canadarm2 mit Doppelendeffektor einzusetzen. Der Roboterarm kann aus der Ladebucht ausfahren, ein Ziel am Raumfahrzeug greifen und dann den Greifpunkt im Inneren des Raumschiffs lösen. Zu diesem Zeitpunkt befindet sich der Roboterarm vollständig ausserhalb des Raumfahrzeugs und ist bereit für alle schweren oder detaillierten Arbeiten, die im Orbit erforderlich sind. Nach Abschluss kehrt er in die Ladebucht zurück, um zur Erde zurückzukehren. SpaceX muss dieses System nicht neu entwickeln, da es bereits existiert.