Du prochain projet de la NASA Mission Lune vers Mars aux projets ambitieux d’Elon Musk de utiliser un vaisseau spatial SpaceX Pour coloniser à terme Mars, la course au peuplement de la planète rouge est déjà lancée. Mais avant que les humains puissent visiter Mars et y établir une base à long terme, nous devons envoyer des éclaireurs pour examiner la configuration du terrain et le préparer pour des missions habitées.
Contenu
- Concevoir pour l'environnement de Mars
- Laisser les robots explorer par eux-mêmes
- Construire un système de positionnement sur Mars
- Passer de A à B
- Prendre le bus
- Capteurs et IA
- Coloniser Mars est possible
Les pionniers de la mécanique que nous enverrons sur Mars dans les années à venir suivront les traces de pneus d'explorateurs comme le Rover de curiosité et le Atterrisseur Insight, mais la prochaine génération de robotique martienne utilisera une IA sophistiquée, de nouvelles méthodes de propulsion et des petits satellites flexibles pour relever les défis de la colonisation d'un nouveau monde.
Vidéos recommandées
Concevoir pour l'environnement de Mars
Il existe des difficultés distinctes dans la construction de machines capables de résister à l’environnement martien. Tout d’abord, il y a le froid, avec des températures moyennes autour de moins 80 degrés Fahrenheit et descendant jusqu’à moins 190 degrés Fahrenheit aux pôles. Ensuite, il y a la mince atmosphère, qui ne représente qu’un pour cent de la densité de l’atmosphère terrestre. Et puis il y a la poussière gênante qui est soulevée lors de toute opération à la surface de la planète, sans parler du rayonnement intense des rayons du Soleil.
En rapport
- L'hélicoptère Ingenuity aide les chercheurs à en apprendre davantage sur la poussière sur Mars
- Le succès de la NASA en matière d’oxygène sur Mars suscite l’espoir d’une visite humaine
- La NASA devra peut-être creuser plus profondément pour trouver des preuves de vie sur Mars
Ces conditions environnementales créent des problèmes pour la robotique, depuis les variations de température qui provoquent le dysfonctionnement des mécanismes. se dilatent et se contractent et s'usent donc avec le temps, la poussière pénétrant dans les engrenages, ce qui empêche l'utilisation de pièces exposées. lubrification.
"C'est un environnement unique et extrême, même pour la robotique spatiale", a déclaré Al Tadros, vice-président de Space. Infrastructure et espace civil chez Maxar Technologies, la société qui construit les bras robotiques pour Les rovers martiens de la NASA. Les bras robotiques de Maxar doivent être capables non seulement de survivre à cet environnement difficile, mais également d’effectuer des tâches telles que creuser et forer qui permettent des investigations scientifiques.
Une autre considération concerne les limitations de poids. Lorsqu’une pièce doit être livrée sur Mars par fusée, chaque gramme doit être pris en compte et comptabilisé, ce qui nécessite une sélection minutieuse des matériaux. « Une grande partie de ce que nous faisons utilise différents types d'aluminium », a expliqué Tadros. « Nous utilisons également du titane et, dans certains cas, de la fibre de carbone, selon l'application. » D'autres astuces pour gagner du poids consistent à évider certains des sections qui n'ont pas besoin d'être aussi solides structurellement, comme la longueur d'un bras robotique qui pourrait être fabriqué à partir d'un composite à matrice en nid d'abeille tubes.
Laisser les robots explorer par eux-mêmes
Lorsqu’un rover a été livré à la surface de Mars, il peut commencer à explorer. Cependant, en raison de la distance qui les sépare de la Terre, il n’est pas possible pour les ingénieurs de contrôler directement les rovers. Au lieu de cela, les robots disposent d’un certain degré d’autonomie dans leurs explorations, la NASA exerçant un commandement de supervision.
"Ils peuvent dire au rover de parcourir cinq mètres dans cette direction", explique Tadros à titre d'exemple. S'il y a un problème lors de l'exécution de cette commande, le mobile s'arrêtera et attendra plus d'instructions. « C’est plutôt rudimentaire en ce sens. Mais à l’avenir, on souhaite avoir de l’autonomie à bord pour que le rover reconnaisse: « Oh, on m’a dit de faire cinq mètres, mais il y a un rocher ici. Je vais faire le tour dans cette direction car je sais que le terrain est ouvert.
"Nous avons besoin de réseaux de communication sur Mars, à la fois entre deux points de Mars et de Mars vers la Terre."
Avec une carte et des connaissances locales, les rovers pourront effectuer leur propre navigation. Ils seront même à terme capables d’effectuer des recherches scientifiques de manière autonome, de sorte que les scientifiques n’auront qu’à spécifier une commande telle que « trouver ce type de roche » et le rover pourra localiser et analyser un échantillon. Ce type d’autonomie est déjà prévu dans le cadre de la prochaine mission lunaire de la NASA avec le Rover VIPÈRE, a déclaré Tadros. "Il va effectuer une prospection rapide, examiner et caractériser le régolithe et les roches pour rechercher de la glace et d'autres matériaux."
Avec des robots comme VIPER et le Marscoptère lancés dans le cadre du projet Mars 2020, nous pouvons nous attendre à ce que des machines détectent et explorent Mars, se renseigner sur les ressources locales et les dangers qui aideront ou entraveront la survie des humains sur la planète. planète.
Construire un système de positionnement sur Mars
Savoir où les humains peuvent atterrir en toute sécurité sur Mars et où ils peuvent localiser les ressources dont ils ont besoin est la première étape vers la colonisation. Mais la vraie différence entre une visite et un séjour de longue durée sur une autre planète est une question d’infrastructure. De l’eau aux communications en passant par la construction d’habitats, nous devrons trouver un moyen de fournir les nécessités fondamentales de la vie de manière durable.
Une méthode pour mettre en place les premières infrastructures consiste à utiliser de petits satellites, ou smallsats. "Si vous envisagez de coloniser Mars, les petits satellites entrent en jeu dans la mise en place de l'infrastructure pour la colonie », a déclaré Brad King, PDG d'Orbion, une entreprise créant des systèmes de propulsion plus efficaces pour petits satellites. « Nous avons besoin de réseaux de communication sur Mars, à la fois entre deux points de Mars et de Mars vers la Terre. Sur Terre, nous avons résolu bon nombre de ces problèmes grâce aux satellites en orbite autour de notre planète.
Les Smallsats pourraient remplir des fonctions similaires sur Mars, en mettant en place un équivalent martien du GPS – nous pourrions l’appeler le Mars Positioning System. Ils peuvent également explorer la surface de la planète, préparant ainsi la zone à l’arrivée des humains.
Passer de A à B
Le problème est de transporter des satellites de la Terre vers Mars de manière abordable. Traditionnellement, les engins se déplaçaient dans l’espace par propulsion chimique, c’est-à-dire en brûlant du carburant pour créer une poussée. C’est un excellent moyen de créer de grandes quantités de poussée, comme la poussée nécessaire pour qu’une fusée quitte l’atmosphère terrestre et entre dans l’espace. Mais cela nécessite une énorme quantité de carburant, à tel point que la plus grande partie des fusées modernes est simplement le réservoir de carburant.
Une alternative moins coûteuse pour se déplacer dans l’espace est la propulsion électrique, qui utilise l’énergie solaire pour projeter une substance inerte comme le xénon à l’arrière de l’engin. Cette méthode est très économe en carburant, permettant de parcourir de longues distances avec très peu de carburant. L’inconvénient est que cette méthode de propulsion a une faible poussée, il faut donc plus de temps pour arriver à destination. Envoyer un engin de la Terre à Mars en utilisant la propulsion électrique pourrait prendre quelques années, comparé à la propulsion chimique avec laquelle le voyage prendrait entre six et neuf mois.
"En tant qu'humains, nous ne pouvons pas entendre quelque chose qui ne va pas, mais lorsque vous traduisez cela en données au fil du temps, l'IA peut détecter ces changements subtils qui s'écartent de la norme."
Cependant, le principe ne s’applique pas uniquement aux petites embarcations sans pilote. Un avantage distinctif de la propulsion électrique est qu’elle évolue très efficacement: « La technologie de propulsion électrique fonctionne mieux à mesure qu’elle grandit », a déclaré King. « En principe, rien ne limite l’extension de la propulsion électrique aux très grandes missions avec équipage. Vous commencez tout juste à rencontrer des obstacles économiques parce que vous construisez des vaisseaux de la taille d’un Battlestar Galactica pour y arriver.
La propulsion électrique a été utilisée dans des projets tels que le vaisseau Hayabusa de l’Agence spatiale japonaise, qui a récemment visité l’astéroïde lointain. Ryugu. Et il y a d'autres projets d'embarcations à propulsion électrique dans de futurs projets, comme le élément de puissance et de propulsion (PPE) de la station Lunar Gateway de la NASA qui utilise une propulsion électrique solaire et sera trois fois plus puissante que les capacités actuelles.
Prendre le bus
Le lancement et l'atterrissage sur des planètes nécessiteront toujours une propulsion chimique, mais le voyage entre les deux pourrait être rendu beaucoup plus efficace. King suggère qu'un véhicule d'équipage ou un véhicule cargo non propulsif pourrait être placé sur une orbite cyclable qui dépasse la Terre et Mars. "Ensuite, vous pouvez essentiellement envoyer des objets et prendre le bus jusqu'à Mars, sans nécessiter de propulsion", a-t-il expliqué. Un système similaire a déjà été utilisé pour le Télescope spatial Kepler, qui a consommé très peu de carburant après son lancement sur une orbite héliocentrique orientée vers la Terre.
Bien entendu, aller de la Terre à Mars ne représente qu’une partie du voyage. Une fois qu’un vaisseau arrive sur Mars, il doit ralentir et entrer en orbite. Pour ralentir un engin, il existe généralement deux méthodes: l'utilisation de propulseurs inverseurs qui nécessitent du carburant et l'aérofreinage. Dans ce dernier cas, un engin plonge dans l’atmosphère extérieure de Mars, en utilisant la traînée aérodynamique pour réduire suffisamment l’énergie du véhicule pour qu’une fois sorti de l’atmosphère, il puisse entrer en orbite.
Le concept de propulsion électrique a été quelque peu marginal au cours des dernières décennies, mais avec ces nouveaux projets, il est devenu courant. "Maintenant, cela est appliqué à grande échelle – c'est comme la transition du transport aérien des avions à hélices aux avions à réaction", a déclaré King.
Capteurs et IA
Nous pouvons donc envoyer des robots pour explorer la surface et des satellites pour mettre en place des infrastructures. Nous pourrions même déplacer d’énormes constructions comme des habitats dans l’espace en utilisant un minimum de carburant grâce à la propulsion électrique. Mais les défis de la colonisation de Mars ne surviennent pas uniquement lorsque les humains occupent réellement un habitat sur la planète. Un problème majeur est de savoir comment les habitats et les structures peuvent être maintenus pendant les longues périodes pendant lesquelles ils seront inoccupés. Les projets prévus comme la station Lunar Gateway de la NASA, par exemple, ne seront probablement occupés que de 20 à 30 heures. pour cent du temps, et nous pouvons nous attendre à des taux d'occupation similaires, voire inférieurs, pour la potentielle planète Mars. habitats.
Les habitats hors planète doivent pouvoir se surveiller et se réparer eux-mêmes, en particulier lorsque l'humain le plus proche se trouve à des millions de kilomètres. Et pour cela, l’IA est nécessaire.
"Je crois que la colonisation de Mars n'est pas une question technologique, c'est une question économique."
Un système récemment lancé sur la Station spatiale internationale pourrait servir de base à la surveillance de l’habitat de l’IA. Celui de Bosch Système SoundSee se compose d’une charge utile contenant 20 microphones, une caméra et un capteur environnemental pour enregistrer la température, l’humidité et la pression. Ces capteurs collectent des données sur l’environnement, notamment acoustiques, qui peuvent être utilisées pour signaler des problèmes.
"Si vous imaginez qu'il y a une fuite dans la station, il y aura non seulement des ultrasons, mais aussi une perte de pression", a expliqué Jonathan Macoskey, chercheur chez Bosch. "Si nous constatons à la fois une perte de pression, une tonalité ultrasonique et d'autres facteurs, c'est une manière concrète d'identifier un problème."
Bien entendu, une fuite dans l’ISS serait bruyante, évidente et dramatique. Mais de nombreuses pannes de machines, notamment dans les environnements sans personnel, sont dues à une dégradation progressive au fil du temps. L’IA peut être utilisée pour détecter ces choses, a déclaré Samarjit Das, chercheur principal de SoundSee, et non en ajoutant plus ou de meilleurs capteurs, mais plutôt en utilisant plus efficacement les données des capteurs pour rechercher des éléments subtils. motifs.
« Les machines ne tombent pas en panne immédiatement, du bon au mauvais », a déclaré Das. « Il y a une usure progressive avec le temps. Pensez à un système que vous pourriez vouloir surveiller dans l’ISS, comme un tapis roulant. Les engrenages à l’intérieur se dégradent lentement avec le temps au fur et à mesure de leur utilisation. En tant qu’humains, nous ne pouvons pas entendre quelque chose qui ne va pas, mais lorsque vous traduisez cela en données au fil du temps, l’IA peut détecter ces changements subtils qui s’écartent de la norme.
N’imaginez pas les futurs navires et habitats entièrement contrôlés par l’IA, ou pire encore, une IA rouge comme HAL de 2001. "Les capteurs et l'IA ne remplaceront pas entièrement les humains et n'automatiseront pas tout", a déclaré Das. "L'IA est une ligne de défense." Macoskey est d’accord: « Nous considérons l’IA comme un outil qui permet de nouvelles choses, de la même manière que le microscope a permis aux humains d’observer des organismes microscopiques. »
Coloniser Mars est possible
Avec toutes ces difficultés environnementales et logistiques, il peut sembler que l’envoi d’humains sur Mars soit un long chemin, sans parler d’y établir une quelconque base permanente ou semi-permanente. Bien qu’il s’agisse de défis sérieux, des solutions existent sous la forme d’IA, de robotique et de méthodes de propulsion qui sont actuellement testées pour être utilisées dans de futurs projets spatiaux.
"Je crois que la colonisation de Mars n'est pas une question technologique, c'est une question économique", a déclaré King. « Si nous avions les ressources à dépenser, nous saurions ce qui doit être construit et nous savons comment le construire. Mais le montant des dollars ou des euros nécessaires pour y parvenir est intimidant.»
Avec un financement suffisant, nous disposons des connaissances nécessaires pour commencer à mettre en place des systèmes de communication, permettre le transport et construire des habitats sur Mars. King est convaincu que cela pourrait même se produire de notre vivant: « Avec des ressources illimitées, nous pourrions mettre en place cette infrastructure en une décennie. »
Recommandations des rédacteurs
- Ce remarquable robot métamorphe pourrait un jour se diriger vers Mars
- Découvrez le robot lanceur révolutionnaire qui peut parfaitement imiter n'importe quel lancer humain.
- La carte des eaux de Mars pourrait aider à choisir les emplacements des futures missions
- La NASA veut votre aide pour résoudre un mystère persistant sur Mars
- Touche finale: comment les scientifiques donnent aux robots des sens tactiles semblables à ceux des humains
