Upoznajte robote pionire koji će nam omogućiti da koloniziramo Mars

Iz NASA-inog nadolazećeg Misija Mjesec - Mars na ambiciozne planove Elona Muska da koristiti SpaceX Starship konačno kolonizirati Mars, utrka za naseljavanje Crvenog planeta već je u tijeku. Ali prije nego što ljudi mogu posjetiti Mars i tamo postaviti bilo kakvu dugoročnu bazu, moramo poslati izviđače da vide položaj zemlje i pripreme je za misije s posadom.

Mehanički pioniri koje ćemo sljedećih godina slati na Mars slijedit će tragove istraživača poput Curiosity rover i Insight lender, ali sljedeća generacija marsovske robotike koristit će sofisticiranu umjetnu inteligenciju, nove pogonske metode i fleksibilne male satelite kako bi odgovorila na izazove kolonizacije novog svijeta.

Projektiranje za okoliš Marsa

Postoje jasne poteškoće u izgradnji strojeva koji mogu izdržati marsovsko okruženje. Prvo, tu je hladnoća, s temperaturama koje su u prosjeku oko minus 80 stupnjeva Fahrenheita i spuštaju se do minus 190 stupnjeva Fahrenheita na polovima. Tu je i tanka atmosfera, koja je samo jedan posto gustoće Zemljine atmosfere. A tu je i problematična prašina koja se podiže tijekom bilo kakvih operacija na površini planeta, a da ne spominjemo intenzivno zračenje sunčevih zraka.

Ovi uvjeti okoline stvaraju probleme robotici, od temperaturnih varijacija koje uzrokuju mehanizme do proširiti i skupiti i tako se s vremenom troše, do prašine koja ulazi u zupčanike što onemogućuje korištenje izloženih podmazivanje.

"To je vrlo jedinstveno i ekstremno okruženje, čak i za svemirsku robotiku", rekao je Al Tadros, potpredsjednik odjela za svemir Infrastruktura i civilni prostor u Maxar Technologies, tvrtki koja izrađuje robotske ruke za NASA-ini roveri za Mars. Maxarove robotske ruke moraju moći ne samo preživjeti ovo surovo okruženje, već i obavljati zadatke poput kopanja i bušenja koji omogućuju znanstvena istraživanja.

Drugo razmatranje su ograničenja težine. Kada se dio mora raketom dostaviti na Mars, svaki pojedini gram treba uzeti u obzir i uzeti u obzir, a to zahtijeva pažljiv odabir materijala. "Mnogo toga što radimo koristi različite vrste aluminija", objasnio je Tadros. "Također koristimo titan, au nekim slučajevima koristimo i karbonska vlakna, ovisno o primjeni." Ostali trikovi za uštedu težine uključuju izdubljivanje nekih dijelovi koji ne moraju biti tako strukturno jaki, kao što je duljina robotske ruke koja bi se mogla izraditi od matričnog kompozita saća cijevi.

Dopustiti robotima da sami istražuju

Kada je rover isporučen na površinu Marsa, može početi istraživati. Međutim, zbog udaljenosti od Zemlje, inženjerima nije moguće izravno upravljati roverima. Umjesto toga, roboti imaju određeni stupanj autonomije u svojim istraživanjima, a NASA vrši nadzor nad njima.

"Mogu reći roveru da ide pet metara u ovom smjeru", kaže Tadros kao primjer. Ako postoji problem s izvršavanjem te naredbe, rover će se zaustaviti i čekati dodatne upute. “Prilično je rudimentaran u tom smislu. Ali u budućnosti, želja je imati autonomiju na brodu kako bi rover prepoznao 'Oh, rečeno mi je da idem pet metara, ali ovdje je stijena. Ići ću u ovom smjeru jer znam da je teren otvoren.’”

S kartom i lokalnim znanjem roveri će moći obavljati samonavigaciju. Čak će na kraju moći samostalno izvoditi znanstvene radove, tako da bi znanstvenici trebali samo odrediti naredbu poput 'pronađi ovu vrstu kamena' i rover bi mogao locirati i analizirati uzorak. Ova vrsta autonomije već se planira kao dio NASA-ine nadolazeće lunarne misije s VIPER rover, rekao je Tadros. "Bit će to brza prospekcija, gledanje i karakterizacija regolita i stijena u potrazi za ledom i drugim materijalima."

S robotikom kao što je VIPER i Marscopter lansiranje u sklopu projekta Mars 2020, možemo očekivati ​​strojeve koji će izviđati i istraživati ​​Mars, saznati o lokalnim resursima i opasnostima koje će pomoći ili spriječiti opstanak ljudi na planeta.

Izgradnja sustava za pozicioniranje Marsa

Znati gdje ljudi mogu sigurno sletjeti na Mars i gdje mogu locirati resurse koji su im potrebni prvi je korak prema kolonizaciji. Ali stvarna razlika između posjeta i dugotrajnog boravka na drugom planetu je stvar infrastrukture. Od vode do komunikacija do izgradnje staništa, morat ćemo pronaći način da osiguramo osnovne životne potrebe na održiv način.

Jedna metoda za postavljanje rane infrastrukture je korištenje malih satelita ili malih satelita. “Ako razmišljate o kolonizaciji Marsa, mali sateliti dolaze na scenu postavljanje infrastrukture za kolonija,” rekao je Brad King, izvršni direktor Orbiona, tvrtke koja stvara učinkovitije pogonske sustave za mali sateliti. “Potrebne su nam komunikacijske mreže na Marsu, kako između dvije točke na Marsu tako i s Marsa natrag na Zemlju. Na Zemlji smo mnoge od ovih problema riješili satelitima koji kruže oko našeg planeta.”

Mali sateliti mogli bi obavljati slične funkcije na Marsu, postavljanjem marsovskog ekvivalenta GPS-u – mogli bismo ga nazvati Mars Positioning System. Oni također mogu izviđati površinu planeta, pripremajući područje za dolazak ljudi.

Dolazak od A do B

Pitanje je nabaviti satelite sa Zemlje na Mars na pristupačan način. Tradicionalno, letjelice su se pomicale kroz svemir putem kemijske propulzije - to jest, izgaranjem goriva za stvaranje potiska. Ovo je izvrstan način za stvaranje velike količine potiska, kao što je potisak potreban da raketa napusti Zemljinu atmosferu i odleti u svemir. Ali potrebna je golema količina goriva, do te mjere da je najveći dio modernih raketa jednostavno spremnik goriva.

Jeftinija alternativa za kretanje kroz svemir je električna propulzija, koja koristi solarnu energiju za izbacivanje inertne tvari poput ksenona iz stražnjeg dijela letjelice. Ova metoda je vrlo učinkovita u potrošnji goriva, omogućavajući putovanje na velike udaljenosti s vrlo malo goriva. Loša strana je što ova metoda pogona ima mali potisak, pa je potrebno više vremena da se stigne na odredište. Slanje letjelice sa Zemlje na Mars pomoću električne propulzije moglo bi potrajati nekoliko godina, u usporedbi s kemijskom propulzijom s kojom bi putovanje trajalo od šest do devet mjeseci.

Međutim, načelo se ne odnosi samo na male letjelice bez posade. Jasna prednost električnog pogona je to što se vrlo učinkovito povećava: "Tehnologija električnog pogona radi bolje što je veći", rekao je King. “U načelu, ne postoji ništa što ograničava povećanje električne propulzije na vrlo velike misije s posadom. Jednostavno počinjete nailaziti na ekonomske prepreke jer gradite letjelicu veličine Battlestar Galactice da biste tamo stigli.”

Električni pogon korišten je u projektima poput letjelice Hayabusa Japanske svemirske agencije, koja je nedavno posjetila daleki asteroid Ryugu. Postoji još planova za letjelice na električni pogon u budućim projektima, kao što je element snage i pogona (PPE) modul NASA-ine postaje Lunar Gateway koji koristi solarnu električnu propulziju i bit će tri puta jači od trenutnih mogućnosti.

Vožnja autobusom

Lansiranje i slijetanje na planete i dalje će zahtijevati kemijski pogon, ali bi putovanje između njih moglo biti daleko učinkovitije. King predlaže da bi se nepropulzivno vozilo za posadu ili teretno vozilo moglo staviti u biciklističku orbitu koja prolazi pokraj Zemlje i Marsa. "Onda možete u biti poslati stvari gore i 'voziti se autobusom' na Mars, ne zahtijevajući nikakav pogon", objasnio je. Sličan sustav već je korišten za Svemirski teleskop Kepler, koji je trošio vrlo malo goriva nakon lansiranja u heliocentričnu orbitu koja prati Zemlju.

Naravno, put od Zemlje do Marsa samo je dio putovanja. Kada letjelica stigne na Mars, mora usporiti i ući u orbitu. Za usporavanje letjelice obično postoje dvije metode: korištenje reverznih potisnika koji zahtijevaju gorivo i aerokočenje. Potonji je mjesto gdje letjelica uranja u vanjsku atmosferu Marsa, koristeći aerodinamički otpor kako bi smanjila energiju vozila dovoljno da kada izađe iz atmosfere, može ući u orbitu.

Koncept električnog pogona bio je pomalo marginalan posljednjih nekoliko desetljeća, ali s ovim novim projektima prešao je u mainstream. "Sada se primjenjuje u velikim razmjerima - to je poput prijelaza zračnog putovanja s propelerskih zrakoplova na mlazne zrakoplove", rekao je King.

Senzori i AI

Dakle, možemo poslati robote da izvide površinu i satelite da postave infrastrukturu. Mogli bismo čak i pomicati goleme građevine poput staništa kroz svemir koristeći minimalno gorivo putem električne propulzije. Ali izazovi kolonizacije Marsa ne pojavljuju se samo kada ljudi zapravo zauzimaju stanište na planetu. Jedno od glavnih pitanja je kako se staništa i strukture mogu održati tijekom dugih razdoblja tijekom kojih će biti nenaseljeni. Planirani projekti poput NASA-ine stanice Lunar Gateway, na primjer, vjerojatno će biti zauzeti samo 20 do 30 posto vremena, a možemo očekivati ​​slične ili čak niže stope popunjenosti za potencijalni Mars staništa.

Staništa izvan planeta moraju se sama nadzirati i popraviti, posebno kada je najbliži čovjek udaljen milijunima milja. A za to je potrebna AI.

Sustav koji je nedavno lansiran na Međunarodnu svemirsku postaju mogao bi pružiti osnovu za AI praćenje staništa. Boschov SoundSee sustav sastoji se od tereta koji sadrži 20 mikrofona, kameru i senzor okoline za bilježenje temperature, vlažnosti i tlaka. Ovi senzori prikupljaju podatke o okolišu, posebice akustične informacije, koje se mogu koristiti za označavanje problema.

"Ako zamislite da postoji curenje u stanici, ne samo da bi došlo do ultrazvučnih tonova, već i do gubitka tlaka", objasnio je Boschev istraživač Jonathan Macoskey. "Ako vidimo i gubitak tlaka i ultrazvučni ton i druge čimbenike, to je konkretan način identificiranja problema."

Naravno, curenje u ISS-u bilo bi glasno, očito i dramatično. Ali mnogi kvarovi strojeva, posebno u okruženjima bez posade, posljedica su postupne degradacije tijekom vremena. AI se može upotrijebiti da osjeti te stvari, rekao je glavni istraživač SoundSee Samarjit Das, a ne dodavanjem više ili bolje senzore, već učinkovitijom upotrebom podataka senzora za traženje suptilnih uzorci.

"Strojevi se ne pokvare samo odmah od dobrih do loših", rekao je Das. “Dolazi do postupnog trošenja tijekom vremena. Zamislite sustav koji biste mogli nadzirati na ISS-u poput trake za trčanje. Zupčanici unutar njega polako se raspadaju tijekom vremena dok se koristi. Mi kao ljudi ne možemo čuti da tu nešto nije u redu, ali kada to s vremenom prevedete u podatke, AI može uočiti te suptilne promjene u odstupanju od norme.”

Ipak, nemojte zamišljati buduće brodove i staništa koje u potpunosti kontrolira AI, ili još gore, AI kao što je HAL iz 2001. "Senzori i umjetna inteligencija neće u potpunosti zamijeniti ljude i sve automatizirati", rekao je Das. "AI je linija obrane." Macoskey se složio: "Vidimo AI kao alat koji omogućuje nove stvari na isti način na koji je mikroskop omogućio ljudima da gledaju mikroskopske organizme."

Kolonizacija Marsa je moguća

Sa svim tim ekološkim i logističkim poteškoćama, moglo bi se činiti da je slanje ljudi na Mars uopće dugačak pokušaj, a kamoli uspostavljanje bilo kakve stalne ili polu-stalne baze tamo. Iako su to ozbiljni izazovi, rješenja postoje u obliku umjetne inteligencije, robotike i pogonskih metoda koje se sada testiraju za upotrebu u budućim svemirskim projektima.

"Vjerujem da kolonizacija Marsa nije tehnološko pitanje, to je ekonomsko pitanje", rekao je King. “Kad bismo imali resurse koje bismo mogli potrošiti, znamo što treba izgraditi i znamo kako to izgraditi. Ali broj dolara ili eura koji je potreban za to je zastrašujući.”

Uz dovoljno sredstava, imamo znanje da započnemo postavljanje komunikacijskih sustava, omogućavanje transporta i izgradnju staništa na Marsu. King je uvjeren da bi se to čak moglo dogoditi tijekom našeg života: "S obzirom na neograničene resurse, mogli bismo postaviti ovu infrastrukturu za desetljeće."

Preporuke urednika

• Ovaj izvanredni robot koji mijenja oblik mogao bi jednog dana krenuti na Mars
• Upoznajte robota za bacanje koji mijenja igru ​​i može savršeno oponašati svako ljudsko bacanje
• Vodena karta Marsa mogla bi pomoći u odabiru lokacija za buduće misije
• NASA želi vašu pomoć u rješavanju trajne misterije Marsa
• Završni dodir: Kako znanstvenici daju robotima ljudska osjetila za dodir