De la próxima NASA Misión Luna a Marte a los ambiciosos planes de Elon Musk para utilizar una nave espacial SpaceX para eventualmente colonizar Marte, la carrera para poblar el Planeta Rojo ya ha comenzado. Pero antes de que los humanos puedan visitar Marte y establecer allí cualquier tipo de base a largo plazo, debemos enviar exploradores para ver la configuración del terreno y prepararlo para misiones tripuladas.
Contenido
- Diseñando para el entorno de Marte
- Dejar que los robots exploren por sí solos
- Construyendo un sistema de posicionamiento de Marte
- Ir de A a B
- Viajando en autobús
- Sensores e IA
- Colonizar Marte es posible
Los pioneros mecánicos que enviaremos a Marte en los próximos años seguirán las huellas de exploradores como el rover curiosidad y el módulo de aterrizaje de visión, pero la próxima generación de robótica marciana utilizará IA sofisticada, métodos de propulsión novedosos y satélites pequeños flexibles para afrontar los desafíos de colonizar un mundo nuevo.
Vídeos recomendados
Diseñando para el entorno de Marte
Existen claras dificultades a la hora de construir máquinas que puedan resistir el entorno marciano. Primero, está el frío, con temperaturas que promedian alrededor de -80 grados Fahrenheit y bajan a -190 grados Fahrenheit en los polos. Luego está la delgada atmósfera, que tiene sólo el uno por ciento de la densidad de la atmósfera de la Tierra. Y luego está el problemático polvo que se levanta en cualquier operación en la superficie del planeta, sin mencionar la intensa radiación de los rayos del Sol.
Relacionado
- El helicóptero Ingenuity ayuda a los investigadores a aprender sobre el polvo en Marte
- El éxito del oxígeno de la NASA en Marte genera esperanzas de una visita humana
- Es posible que la NASA tenga que excavar más profundamente en busca de evidencia de vida en Marte
Estas condiciones ambientales crean problemas para la robótica, desde variaciones de temperatura que hacen que los mecanismos funcionen expandirse y contraerse y, por lo tanto, desgastarse con el tiempo, hasta que el polvo entre en los engranajes, lo que impide el uso de piezas expuestas. lubricación.
"Es un entorno único y extremo, incluso para la robótica espacial", dijo Al Tadros, vicepresidente de Espacio. Infraestructura y Espacio Civil en Maxar Technologies, que es la empresa que construye los brazos robóticos para Los vehículos exploradores de Marte de la NASA. Los brazos robóticos de Maxar deben poder no sólo sobrevivir en este duro entorno, sino también realizar tareas como excavar y perforar que permiten investigaciones científicas.
Otra consideración son las limitaciones de peso. Cuando una pieza debe enviarse a Marte mediante un cohete, es necesario considerar y contabilizar cada gramo, y eso requiere una cuidadosa selección de los materiales. "Mucho de lo que hacemos utiliza diferentes tipos de aluminio", explicó Tadros. "También utilizamos titanio y, en algunos casos, fibra de carbono, según la aplicación". Otros trucos para ahorrar peso incluyen ahuecar algunos secciones que no necesitan ser tan fuertes estructuralmente, como la longitud de un brazo robótico que podría estar hecho de un compuesto de matriz de panal tubos.
Dejar que los robots exploren por sí solos
Cuando un rover haya llegado a la superficie de Marte, podrá comenzar a explorar. Sin embargo, debido a la distancia de la Tierra, a los ingenieros no les resulta factible controlar los rovers directamente. En cambio, los robots tienen cierto grado de autonomía en sus exploraciones, y la NASA ejerce el mando de supervisión.
“Pueden decirle al rover que avance cinco metros en esta dirección”, dice Tadros como ejemplo. Si hay algún problema al ejecutar ese comando, el móvil se detendrá y esperará más instrucciones. “Es bastante rudimentario en ese sentido. Pero en el futuro, el deseo es tener autonomía a bordo para que el rover reconozca: "Oh, me dijeron que avanzara cinco metros, pero aquí hay una roca". Iré en esta dirección porque sé que el terreno está abierto”.
"Necesitamos redes de comunicación en Marte, tanto entre dos puntos de Marte como entre Marte y la Tierra".
Con un mapa y conocimiento local, los rovers podrán realizar la navegación autónoma. Con el tiempo, incluso podrán realizar ciencia de forma autónoma, por lo que los científicos solo tendrían que especificar un comando como "encontrar este tipo de roca" y el rover podría localizar y analizar una muestra. Este tipo de autonomía ya se está planificando como parte de la próxima misión lunar de la NASA con el vehículo víbora, dijo Tadros. "Se realizará una prospección rápida, se observará y caracterizará el regolito y las rocas para buscar hielo y otros materiales".
Con robótica como VIPER y el marscoptero Lanzado como parte del proyecto Mars 2020, podemos esperar que las máquinas exploren y exploren Marte, descubrir recursos y peligros locales que ayudarán o impedirán la supervivencia de los seres humanos en el planeta.
Construyendo un sistema de posicionamiento de Marte
Saber dónde los humanos pueden aterrizar con seguridad en Marte y dónde pueden ubicar los recursos que necesitan es el primer paso hacia la colonización. Pero la verdadera diferencia entre una visita y una estancia prolongada en otro planeta es una cuestión de infraestructura. Desde el agua hasta las comunicaciones y la construcción de hábitats, necesitaremos encontrar una manera de satisfacer las necesidades básicas de la vida de manera sostenible.
Un método para establecer una infraestructura temprana es mediante el uso de pequeños satélites o pequeños satélites. "Si estás pensando en colonizar Marte, donde entran los satélites pequeños es en la creación de la infraestructura para la colonia”, dijo Brad King, director ejecutivo de Orbion, una empresa que crea sistemas de propulsión más eficientes para satélites pequeños. “Necesitamos redes de comunicación en Marte, tanto entre dos puntos de Marte como entre Marte y la Tierra. En la Tierra, hemos resuelto muchos de estos problemas con satélites en órbita alrededor de nuestro planeta”.
Los Smallsats podrían cumplir funciones similares en Marte, estableciendo un equivalente marciano al GPS: podríamos llamarlo Sistema de Posicionamiento de Marte. También pueden explorar la superficie del planeta, preparando el área para la llegada de los humanos.
Ir de A a B
La cuestión es llevar satélites de la Tierra a Marte de forma asequible. Tradicionalmente, las naves se han movido a través del espacio mediante propulsión química, es decir, quemando combustible para generar empuje. Esta es una excelente manera de crear grandes cantidades de empuje, como el empuje necesario para que un cohete abandone la atmósfera de la Tierra y llegue al espacio. Pero se necesita una enorme cantidad de combustible, hasta tal punto que la mayor parte de los cohetes modernos es simplemente el tanque de combustible.
Una alternativa más barata para moverse por el espacio es la propulsión eléctrica, que utiliza energía solar para disparar una sustancia inerte como el xenón desde la parte trasera de la nave. Este método ahorra mucho combustible y permite recorrer largas distancias con muy poco combustible. La desventaja es que este método de propulsión tiene poco empuje, por lo que tarda más en llegar a su destino. Enviar una nave desde la Tierra a Marte utilizando propulsión eléctrica podría llevar unos cuantos años, en comparación con la propulsión química, con la que el viaje duraría entre seis y nueve meses.
"Nosotros, como seres humanos, no podemos oír que algo anda mal allí, pero cuando lo traduces en datos a lo largo del tiempo, la IA puede detectar esos cambios sutiles en la desviación de la norma".
Sin embargo, el principio no sólo se aplica a las pequeñas naves no tripuladas. Una ventaja distintiva de la propulsión eléctrica es que se amplía de manera muy eficiente: "La tecnología de propulsión eléctrica funciona mejor cuanto más grande se vuelve", dijo King. “En principio, no hay nada que limite la ampliación de la propulsión eléctrica a misiones muy grandes con tripulación. Simplemente empiezas a toparte con obstáculos económicos porque estás construyendo naves del tamaño de Battlestar Galactica para llegar allí”.
La propulsión eléctrica se ha utilizado en proyectos como la nave Hayabusa de la Agencia Espacial Japonesa, que visitó recientemente el distante asteroide. ryugu. Y hay más planes para naves propulsadas eléctricamente en proyectos futuros, como el elemento de potencia y propulsión (PPE) de la estación Lunar Gateway de la NASA que utiliza propulsión eléctrica solar y será tres veces más potente que las capacidades actuales.
Viajando en autobús
El lanzamiento y el aterrizaje en planetas seguirán requiriendo propulsión química, pero el viaje intermedio podría hacerse mucho más eficiente. King sugiere que un vehículo de tripulación o de carga sin propulsión podría colocarse en una órbita ciclista que pase por la Tierra y Marte. "Entonces básicamente puedes enviar cosas y 'viajar en autobús' a Marte, sin requerir propulsión", explicó. Ya se ha utilizado un sistema similar para Telescopio espacial Kepler, que utilizó muy poco combustible después de su lanzamiento a una órbita heliocéntrica que sigue a la Tierra.
Por supuesto, llegar de la Tierra a Marte es sólo una parte del viaje. Una vez que una nave llega a Marte, debe reducir la velocidad y entrar en órbita. Para frenar una nave, normalmente existen dos métodos: usar propulsores inversos que requieren combustible y aerofrenado. Este último es donde una nave se sumerge en la atmósfera exterior de Marte, utilizando la resistencia aerodinámica para reducir la energía del vehículo lo suficiente como para que, cuando salga de la atmósfera, pueda entrar en órbita.
El concepto de propulsión eléctrica ha sido algo marginal durante las últimas décadas, pero con estos nuevos proyectos se ha generalizado. "Ahora se está aplicando a gran escala; es como la transición del transporte aéreo de aviones propulsados por hélice a aviones a reacción", dijo King.
Sensores e IA
Entonces podemos enviar robots para explorar la superficie y satélites para configurar la infraestructura. Incluso podríamos mover enormes construcciones como hábitats a través del espacio usando un mínimo de combustible mediante propulsión eléctrica. Pero los desafíos de la colonización de Marte no sólo ocurren cuando los humanos realmente ocupan un hábitat en el planeta. Una cuestión importante es cómo se pueden mantener los hábitats y las estructuras durante los largos períodos en los que estarán desocupados. Los proyectos planificados como la estación Lunar Gateway de la NASA, por ejemplo, probablemente solo estarán ocupados entre 20 y 30 por ciento del tiempo, y podemos esperar tasas de ocupación similares o incluso más bajas para Marte potencial hábitats.
Los hábitats fuera del planeta necesitan poder monitorearse y repararse a sí mismos, especialmente cuando el ser humano más cercano está a millones de kilómetros de distancia. Y para eso se necesita IA.
"Creo que colonizar Marte no es una cuestión tecnológica, es una cuestión económica".
Un sistema lanzado recientemente a la Estación Espacial Internacional podría proporcionar la base para el monitoreo del hábitat de la IA. bosch Sistema SoundSee Consiste en una carga útil que contiene 20 micrófonos, una cámara y un sensor ambiental para registrar la temperatura, la humedad y la presión. Estos sensores recopilan datos sobre el medio ambiente, especialmente información acústica, que pueden utilizarse para detectar problemas.
"Si imaginamos que hay una fuga en la estación, no sólo se escucharán tonos ultrasónicos, sino también una pérdida de presión", explicó el investigador de Bosch, Jonathan Macoskey. "Si vemos tanto una pérdida de presión como un tono ultrasónico y otros factores, esa es una forma concreta de identificar un problema".
Por supuesto, una fuga en la ISS sería ruidosa, obvia y dramática. Pero muchas fallas de las máquinas, especialmente en entornos no tripulados, se deben a una degradación gradual con el tiempo. La IA se puede utilizar para detectar estas cosas, dijo el investigador principal de SoundSee, Samarjit Das, sin agregar más o mejores sensores, sino utilizando los datos de los sensores de manera más eficiente para buscar sutiles patrones.
"Las máquinas no se estropean inmediatamente de buenas a malas", dijo Das. “Hay un desgaste gradual con el tiempo. Piense en un sistema que quizás desee monitorear en la ISS como si fuera una cinta de correr. Los engranajes internos se degradan lentamente con el tiempo a medida que se usan. Nosotros, como seres humanos, no podemos oír que algo anda mal allí, pero cuando lo traduces en datos a lo largo del tiempo, la IA puede detectar esos cambios sutiles en la desviación de la norma”.
Sin embargo, no imaginemos barcos y hábitats futuros controlados completamente por IA, o peor aún, una IA roja como la HAL de 2001. "Los sensores y la IA no reemplazarán por completo a los humanos ni automatizarán todo", dijo Das. "La IA es una línea de defensa". Macoskey estuvo de acuerdo: "Vemos la IA como una herramienta que permite cosas nuevas de la misma manera que el microscopio permitió a los humanos observar organismos microscópicos".
Colonizar Marte es posible
Con todas estas dificultades ambientales y logísticas, podría parecer que enviar humanos a Marte es una posibilidad remota, y mucho menos establecer algún tipo de base permanente o semipermanente allí. Aunque se trata de desafíos serios, existen soluciones en forma de inteligencia artificial, robótica y métodos de propulsión que ahora se están probando para su uso en futuros proyectos espaciales.
"Creo que colonizar Marte no es una cuestión tecnológica, es una cuestión económica", dijo King. “Si tuviéramos los recursos para gastar, sabríamos lo que hay que construir y sabemos cómo hacerlo. Pero la cantidad de dólares o euros que se necesitan para hacerlo es abrumadora”.
Con fondos suficientes, tenemos el conocimiento para comenzar a establecer sistemas de comunicación, permitir el transporte y construir hábitats en Marte. King confía en que esto podría suceder incluso durante nuestra vida: “Con recursos ilimitados, podríamos establecer esta infraestructura en una década”.
Recomendaciones de los editores
- Este extraordinario robot que cambia de forma podría algún día dirigirse a Marte
- Conozca el innovador robot de lanzamiento que puede imitar perfectamente cualquier lanzamiento humano
- El mapa del agua de Marte podría ayudar a elegir ubicaciones para futuras misiones
- La NASA quiere su ayuda para resolver un misterio duradero de Marte
- Toque final: cómo los científicos están dando a los robots sentidos táctiles similares a los humanos
