Asteroīdu josla ir pilna ar iespējām un nezināmiem, bagāta ar resursiem un zinātniskiem noslēpumiem.
Kā jūs nolaižaties un droši pārvietojaties uz šiem mazajiem ķermeņiem? Šo jautājumu ir apsvēruši daudzi inženieri. Kad parastie aparatūras roboti nolaižas uz trausla asteroīda virsmas, pastāv liels risks, ka tie iznīcinās virsmas struktūru, padarot neiespējamu derīgu paraugu iegūšanu vai ilgstošu noteikšanu.
Jauna veida "mīkstais robots" varētu nodrošināt izrāvienu asteroīdu misijām.
01 Trauslais asteroīds saskaras ar grūtas nosēšanās problēmu
Robotizēta kosmosa kuģa droša nolaišanās uz Mēness vai planētas jau ir ļoti sarežģīta. Nosēšanās uz asteroīda ir vēl grūtāka.
Atšķirībā no milzu planētām. Asteroīdu virsmas gravitācija ir ārkārtīgi vāja, iespējams, pat dažas miljondaļas no Zemes gravitācijas. Mikrogravitācijas vide rada lielas problēmas kosmosa kuģu nolaišanās un aktivitātēm. Ar tradicionālo "cietās nosēšanās" metodi, kas balstās uz dzinējiem, ir grūti panākt precīzu vadību, un ir viegli iznīcināt asteroīda vaļīgo virsmas struktūru, kas nopietni ietekmēs asteroīda sastāva un evolūcijas vēstures izpēti.
NASA OSIRIS-REx misija izmantoja ļoti konservatīvu pieeju asteroīdam Bennu. "Mēs nevēlējāmies risināt faktiskā kontakta ar virsmu nenoteiktību ilgāk nekā nepieciešams," sacīja Moreau. Tāpēc viņi izstrādāja shēmu, kā izspiegot asteroīdu 16 sekundēs ar garu paraugu ņemšanas roku.
Ar pašreizējām tehnoloģijām mēs joprojām esam tālu no patiesas asteroīda "nosēšanās".
02 Lēnā piezemēšanās: mīksta robota vīzija
Ņemot vērā mikrogravitācijas vides īpašības, profesora Džeja Makmahona komanda Kolorādo Universitātē ir izvirzījusi drosmīgu ideju: "mīksto robotu" - AoES - izstrāde, lai panāktu asteroīdu mīkstu nosēšanos. Šis robots pilnībā izmanto vājus spēkus, piemēram, elektromagnētisko adsorbciju un elektrostatisko adhēziju nosēšanās un virsmas aktivitātēm, tam nav jāpaļaujas uz propelentiem un mehānisku enkurošanu, un tas var sasniegt "nulles sadursmes" nomierinošu nosēšanos.
Mīkstais robots ir veidots vairāku ziedlapu formā, līdzīgi kā ūdensrozes. Ziedlapiņas ir izgatavotas no elastīga materiāla, kas var aptvert lielus asteroīda virsmas laukumus, nesabojājot virsmas topogrāfiju, un tās var arī griezties un stiepties, izmantojot orbītas ātrumu un saules starojuma spiedienu, lai pielāgotu savu orbītu un palēninātu.
Mīkstie roboti var izmantot asteroīdu virsmas lādiņu sadalījumu elektromagnētiskajai adsorbcijai. Asteroīda virsma ir piepildīta ar dažādām putekļu daļiņām, kas rada sarežģītus lādiņu sadalījumus un elektriskos laukus, tāpat kā gekoni izmanto molekulāro mijiedarbību, lai piestiprinātos pie sienas, arī mīkstie roboti var piestiprināties pie asteroīda virsmas, kontrolējot lādiņa mākoni. dažas ziedlapiņas.
Vēl viens piestiprināšanas veids ir izmantot elektrostatisko spēku. Lai gan elektrostatiskais spēks uz asteroīda virsmas ir vājš, mīkstais robots var uzkrāt pietiekamu elektrostatisko adhēziju caur milzīgo virsmas laukumu. Dažu ziedlapu uzlādes regulēšana ļauj mīkstajam robotam pārvietoties. Šim kustības režīmam nav nepieciešama degvielas piedziņa un tas neizraisa asteroīda sekundāru piesārņojumu.
03 Ilgtermiņa uzraudzība un resursu izmantošana
Ja mīkstā nosēšanās būs veiksmīga, mīkstie roboti varēs ilgstoši darboties uz asteroīda virsmas, lai veiktu dažādus zinātniskus pētījumus. To var apzīmēt ar sensoriem uz virsmas, lai uzraudzītu magnētiskos laukus, siltuma plūsmu, lādiņu sadalījumu un citu informāciju, lai atklātu asteroīda veidošanās mehānismu un evolūcijas vēsturi. Ilgtermiņā tam ir liela nozīme asteroīdu resursu attīstībā un izmantošanā
04 Tehniskas problēmas: navigācija, jauda un vadība
Mīksto robotu izmantošanas koncepcija nosēšanās uz asteroīdiem ir ļoti pievilcīga, taču tā saskaras arī ar daudzām tehniskām problēmām, viskritiskākie jautājumi ir navigācija un kontrole.
Lai panāktu precīzu nosēšanos un virszemes navigāciju sarežģītajā un nezināmajā asteroīdu vidē, mīkstajiem robotiem ir jābūt izvairīšanās no šķēršļiem un autonomas plānošanas iespējām. Salīdzinot ar cieto korpusu, mīkstā robota dinamika un vadības sistēma ir sarežģītāka. Katra ziedlapas pleca deformācija mainīs kopējo masas sadalījumu un dinamiskos parametrus. Vadības algoritmam jābūt efektīvam un precīzam, un tam jābūt pietiekami pielāgojamam nezināmai videi.
Ilgstoši lidojumi kosmosā arī rada nopietnas problēmas mīksto robotu materiāliem un konstrukcijām. Tam ir jāspēj izturēt lielu starojumu un ārkārtējas temperatūras atšķirības, kā arī jāspēj pašam salabot bojājumu gadījumā.
Masas samazināšana un konstrukcijas stiprības uzlabošana ir vēl viens izaicinājums, kas šajā jomā ir jāpārvar. Lai darbotos ekstremālās mikrogravitācijas vidēs, mīkstajiem robotiem ir jābūt plāniem un viegliem, bet pārāk vājai konstrukcijai ir grūti nodrošināt kustības un paraugu ņemšanas uzdevumus, tāpēc tai ir jānodrošina uzdevuma veikšanai nepieciešamā izturība un stingrība, nepievienojot pārāk lielu masu.
05 Nākotni var sagaidīt
Neskatoties uz izaicinājumiem, sapnis par vieglu piezemēšanos turpina virzīt progresu un inovācijas šajā jomā. Kolorādo Universitātes komanda, kas ir saņēmusi NASA pētniecības stipendiju kopš 2017. gada, pašlaik pēta, vai dažas no tās mīkstajām robotikas tehnoloģijām varētu kalpot satelītu uzturēšanai orbītā un kosmosa atkritumu tīrīšanai.
Joprojām ir redzams, vai mīkstie roboti spēs būt pionieri asteroīdu izpētē cilvēkiem.