Cơ chế ghép nối mềm “Soft Capture Docking Mechanism” là một giải pháp quan trọng cho việc kết nối các tàu vũ trụ trong môi trường không trọng lực. Bài viết này sẽ tập trung vào việc phân tích ưu điểm của việc sử dụng cơ chế ba điểm bám để giữ và điều khiển tàu vũ trụ, tương tự như cách thức hoạt động của hệ thống Canadarm trên tàu con thoi.
Việc sử dụng ba điểm bám, hay còn gọi là cơ chế “captured” theo thuật ngữ của chương trình tàu con thoi, cho phép kiểm soát hoàn toàn vật thể được giữ bởi cánh tay robot. Hệ thống Canadarm có khả năng thao tác với khối lượng lên đến 100 tấn. Với ba cánh tay robot hoạt động đồng thời, một tàu chở nhiên liệu có tải trọng 300 tấn có thể được giữ chặt và điều khiển bởi một trạm vũ trụ, tạo thành một hệ thống thống nhất.
Các hệ thống bám và giữ này, được phát triển từ MDA, có khối lượng dưới 400kg mỗi hệ thống nhờ thiết kế đơn giản chỉ bao gồm khớp vai, khớp cổ tay và một đoạn ống có thể kéo dài. Quá trình ghép nối bắt đầu bằng việc tàu chở nhiên liệu tiếp cận trạm vũ trụ. Trạm vũ trụ sau đó sẽ đưa một cánh tay robot ra để bắt và giữ tàu chở nhiên liệu. Sau đó, bằng cách sử dụng động cơ khớp vai và khớp cổ tay, trạm vũ trụ sẽ điều chỉnh vị trí của tàu chở nhiên liệu để hai cánh tay robot còn lại có thể bám vào và giữ chặt. Khi cả ba cánh tay robot đã giữ chặt, chúng sẽ đồng thời điều chỉnh và kéo hai tàu vũ trụ lại gần nhau hơn để thực hiện việc ghép nối chính xác thông qua giao diện QD.
Việc sử dụng ba điểm bám không chỉ mang lại sự cứng cáp mà còn cho phép linh hoạt trong việc căn chỉnh hai vật thể lớn và nặng trong môi trường không trọng lực. Cơ chế này cũng cho phép chỉ một tàu vũ trụ cần sử dụng động cơ đẩy để điều chỉnh vị trí. Hơn nữa, chỉ cần hai trong số ba cánh tay robot hoạt động là đủ để đảm bảo quá trình ghép nối, tạo ra một mức độ dự phòng nhất định. Trong trường hợp hỏng hóc, trạm vũ trụ có thể được thay thế hoặc một tàu vũ trụ chở hàng với Canadarm2 có thể được gửi lên để sửa chữa hoặc thay thế cánh tay robot bị hỏng.
Việc sử dụng các điểm bám tiêu chuẩn tương thích với Canadarm2 trên các tàu vũ trụ mang lại tính linh hoạt cao trong tương lai, bao gồm cả việc sử dụng tại Cổng Mặt Trăng (Lunar Gateway). Tiêu chuẩn này bao gồm kết nối cứng cho truyền thông và nguồn điện. Thiết kế này đã được chứng minh trong không gian với tuổi thọ cao và tỷ lệ hỏng hóc thấp. SpaceX có thể đạt được chi phí sản xuất thấp với đơn đặt hàng từ 60 đến 120 hệ thống khi các nhiệm vụ BEO tới Mặt Trăng và Sao Hỏa tăng lên. Do các mục tiêu bám rất đơn giản, SpaceX có thể tự sản xuất hàng nghìn hệ thống trong tương lai.
Một lợi ích khác của việc sử dụng các điểm bám tiêu chuẩn Canadarm2 là khả năng triển khai cánh tay robot kiểu Canadarm2 với đầu kẹp kép. Cánh tay robot có thể vươn ra khỏi khoang chở hàng, bám vào mục tiêu trên tàu vũ trụ, sau đó nhả điểm bám bên trong tàu. Lúc này, cánh tay robot hoàn toàn ở bên ngoài tàu và sẵn sàng cho bất kỳ công việc nặng hoặc chi tiết nào cần thiết trong quỹ đạo. Khi hoàn thành, nó sẽ quay trở lại khoang chở hàng để trở về Trái Đất. SpaceX không cần phải thiết kế lại hệ thống này vì nó đã tồn tại.
