הכירו את חלוצי הרובוט שיאפשרו לנו ליישב את מאדים

מהתקופה הקרובה של נאס"א משימת הירח למאדים לתוכניות השאפתניות של אילון מאסק ל השתמש בספינת כוכבים של SpaceX כדי ליישב בסופו של דבר את מאדים, המירוץ לאכלוס הכוכב האדום כבר נמשך. אבל לפני שבני אדם יכולים לבקר במאדים ולהקים שם כל סוג של בסיס לטווח ארוך, אנחנו צריכים לשלוח צופים לראות את שטח הארץ ולהכין אותה למשימות מאוישות.

החלוצים המכניים שנשלח למאדים בשנים הקרובות ילכו בעקבות הצמיגים של חוקרים כמו רובר Curiosity וה נחתת תובנה, אבל הדור הבא של רובוטיקה של מאדים ישתמש בבינה מלאכותית מתוחכמת, שיטות הנעה חדשניות ו-smalls גמישים כדי לעמוד באתגרים של יישוב עולם חדש.

עיצוב עבור סביבת מאדים

ישנם קשיים ברורים בבניית מכונות שיכולות לעמוד בסביבה של מאדים. ראשית, יש את הקור, עם טמפרטורות ממוצעות סביב מינוס 80 מעלות צלזיוס ויורדות למינוס 190 מעלות פרנהייט בקטבים. ואז יש את האטמוספירה הדקה, שהיא רק אחוז אחד מצפיפות האטמוספירה של כדור הארץ. ואז יש את האבק הבעייתי שמתעורר בכל פעולות על פני כדור הארץ, שלא לדבר על הקרינה העזה מקרני השמש.

תנאים סביבתיים אלו יוצרים בעיות לרובוטיקה, החל משתנות טמפרטורה שגורמות למנגנונים מתרחבים ומתכווצים וכך נשחקים עם הזמן, עד לאבק שנכנס להילוכים שמונע שימוש בחשופים סִיכָה.

"זו סביבה מאוד ייחודית וקיצונית, אפילו לרובוטיקה בחלל", אמר אל תדרוס, סמנכ"ל החלל תשתיות וחלל אזרחי בחברת Maxar Technologies, שהיא החברה שבונה עבורה את הזרועות הרובוטיות רוברי מאדים של נאס"א. הזרועות הרובוטיות של מקסאר חייבות להיות מסוגלות לא רק לשרוד את הסביבה הקשה הזו, אלא גם לבצע את המשימות כמו חפירה וקידוח המאפשרות חקירות מדעיות.

שיקול נוסף הוא מגבלות משקל. כאשר חלק צריך להיות מועבר למאדים באמצעות רקטה, כל גרם צריך להיחשב ולהתייחס אליו, וזה דורש בחירה קפדנית של חומרים. "הרבה ממה שאנחנו עושים משתמש בסוגים שונים של אלומיניום", הסביר טאדרוס. "אנחנו גם משתמשים בטיטניום ובמקרים מסוימים אנחנו משתמשים בסיבי פחמן, תלוי ביישום." טריקים אחרים לחיסכון במשקל כוללים חלול חלק קטעים שלא צריכים להיות כל כך חזקים מבחינה מבנית, כמו אורך זרוע רובוטית שיכולה להיות עשויה מחומר מרוכב מטריצת חלת דבש צינורות.

לתת לרובוטים לחקור בעצמם

כאשר רובר נמסר לפני השטח של מאדים, הוא יכול להתחיל לחקור. עם זאת, בשל המרחק מכדור הארץ, לא ניתן למהנדסים לשלוט ישירות על רוברים. במקום זאת, לרובוטים יש מידה של אוטונומיה בחיפושיהם, כאשר נאס"א מפעילה פיקוד פיקוח.

"הם יכולים להגיד לרובר ללכת חמישה מטרים בכיוון הזה", אומר טאדרוס כדוגמה. אם יש בעיה בביצוע הפקודה הזו, הרובר יעצור וימתין להוראות נוספות. "זה די בסיסי במובן הזה. אבל בעתיד, הרצון הוא שתהיה אוטונומיה על הסיפון אז הרובר יזהה 'אה, אמרו לי ללכת חמישה מטרים, אבל יש כאן סלע. אני אסתובב בכיוון הזה כי אני יודע שהשטח פתוח'".

עם מפה וידע מקומי, רוברים יוכלו לבצע ניווט עצמי. הם אפילו יוכלו בסופו של דבר לבצע מדע באופן אוטונומי, כך שמדענים יצטרכו רק לציין פקודה כמו 'מצא סוג זה של סלע' והרובר יוכל לאתר ולנתח דגימה. סוג זה של אוטונומיה כבר מתוכנן כחלק ממשימת הירח הקרובה של נאס"א עם ה רובר VIPER, אמר טאדרוס. "זה הולך להיות חיפוש מהיר, הסתכלות ואפיון הרגולית והסלעים כדי לחפש קרח וחומרים אחרים."

עם רובוטיקה כמו VIPER וה מרסקופטר בהשקה כחלק מפרויקט מאדים 2020, אנו יכולים לצפות ממכונות שיחפשו ולחקור את מאדים, לגלות על משאבים וסכנות מקומיות אשר יסייעו או יעכבו את הישרדותם של בני אדם על השטח כוכב לכת.

בניית מערכת מיקום מאדים

הידיעה היכן בני אדם יכולים לנחות בבטחה על מאדים והיכן הם יכולים לאתר את המשאבים הדרושים להם היא הצעד הראשון לקראת קולוניזציה. אבל ההבדל האמיתי בין ביקור לבין שהות ארוכת טווח בכוכב אחר הוא עניין של תשתית. ממים לתקשורת לבניית בתי גידול, נצטרך למצוא דרך לספק את הצרכים הבסיסיים של החיים באופן בר קיימא.

שיטה אחת להקמת תשתית מוקדמת היא באמצעות שימוש בלוויינים קטנים, או סמולסטים. "אם אתה חושב ליישב את מאדים, המקום שבו הקטנים נכנסים הוא הקמת התשתית עבור המושבה", אמר בראד קינג, מנכ"ל Orbion, חברה שיוצרת עבור מערכות הנעה יעילות יותר smallsats. "אנחנו צריכים רשתות תקשורת על מאדים, הן בין שתי נקודות על מאדים והן ממאדים חזרה לכדור הארץ. על כדור הארץ, פתרנו הרבה מהבעיות האלה עם מסלול של לוויינים סביב הפלנטה שלנו."

Smallsats יכול למלא פונקציות דומות על מאדים, על ידי הגדרת מקבילה של מאדים ל-GPS - נוכל לקרוא לזה מערכת המיקום של מאדים. הם יכולים גם לחפש את פני השטח של כדור הארץ, ולהכין את השטח לבני האדם שיבואו.

הגעה מא' לב'

הבעיה היא העברת לוויינים מכדור הארץ למאדים בצורה משתלמת. באופן מסורתי, כלי שיט הועברו בחלל באמצעות הנעה כימית - כלומר שריפת דלק כדי ליצור דחף. זוהי דרך מצוינת ליצור כמויות גדולות של דחף, כמו הדחף הנדרש לטיל לעזוב את האטמוספירה של כדור הארץ ולהגיע לחלל. אבל זה דורש כמות עצומה של דלק, עד כדי כך שהחלק הגדול ביותר של רקטות מודרניות הוא פשוט מיכל הדלק.

חלופה זולה יותר לנוע בחלל היא הנעה חשמלית, המשתמשת באנרגיה סולארית כדי לירות חומר אינרטי כמו קסנון מהחלק האחורי של כלי השיט. שיטה זו חסכונית ביותר בדלק, ומאפשרת נסיעה למרחקים ארוכים עם מעט מאוד דלק. החיסרון הוא ששיטת ההנעה הזו היא דחף נמוך, ולכן לוקח יותר זמן להגיע ליעד. שליחת כלי שיט מכדור הארץ למאדים באמצעות הנעה חשמלית עשויה להימשך כמה שנים, בהשוואה להנעה כימית שבה יימשך המסע באזור של שישה עד תשעה חודשים.

עם זאת, העיקרון אינו חל רק על כלי שייט בלתי מאוישים קטנים. יתרון מובהק של הנעה חשמלית הוא שהיא מתרחבת ביעילות רבה: "טכנולוגיית ההנעה החשמלית עובדת טוב יותר ככל שהיא גדלה", אמר קינג. "באופן עקרוני, אין שום דבר שמגביל את ההגדלה של ההנעה החשמלית למשימות גדולות מאוד עם צוות. אתה פשוט מתחיל להיתקל במכשולים כלכליים כי אתה בונה כלי שיט בגודל Battlestar Galactica כדי להגיע לשם."

הנעה חשמלית שימשה בפרויקטים כמו כלי השיט "היאבוסה" של סוכנות החלל היפנית, שביקרה לאחרונה באסטרואיד הרחוק ריוגו. ויש עוד תוכניות לכלי יד מונעים בחשמל בפרויקטים עתידיים, כגון אלמנט כוח והנעה מודול (PPE) של תחנת Lunar Gateway של נאס"א המשתמש בהנעה חשמלית סולארית ויהיה חזק פי שלושה מהיכולות הנוכחיות.

נוסע באוטובוס

שיגור ונחיתה על כוכבי לכת עדיין ידרשו הנעה כימית, אבל המסע ביניהם יכול להיות יעיל הרבה יותר. קינג מציע כי ניתן להכניס רכב צוות או רכב מטען ללא הנעה למסלול רכיבה על פני כדור הארץ ומאדים. "אז אתה בעצם יכול לשלוח דברים ו'לנסוע באוטובוס' למאדים, ללא צורך בהנעה", הסביר. כבר נעשה שימוש במערכת דומה עבור טלסקופ החלל קפלר, שהשתמש במעט מאוד דלק לאחר שיגורו למסלול הליוצנטרי נגרר אחרי כדור הארץ.

כמובן שההגעה מכדור הארץ למאדים היא רק חלק מהמסע. ברגע שספינה מגיעה למאדים, היא צריכה להאט ולהיכנס למסלול. כדי להאט כלי שיט, יש בדרך כלל שתי שיטות: שימוש בדחפים לאחור הדורשים דלק, ובלימה אווירית. זה האחרון הוא המקום שבו כלי השיט צולל לתוך האטמוספירה החיצונית של מאדים, תוך שימוש בגרירה האווירודינמית כדי להפחית את האנרגיה של הרכב מספיק כדי שכשהוא יוצא מהאטמוספירה, הוא יוכל להיכנס למסלול.

הרעיון של הנעה חשמלית היה מעט שוליים בעשורים האחרונים, אך עם הפרויקטים החדשים הללו הוא עבר למיינסטרים. "עכשיו זה מיושם בקנה מידה גדול - זה כמו המעבר של נסיעות אוויריות ממטוסים מונעי מדחף למטוסי סילון", אמר קינג.

חיישנים ובינה מלאכותית

אז אנחנו יכולים לשלוח רובוטים לסקור את פני השטח ולוויינים להקים תשתית. נוכל אפילו להעביר מבנים עצומים כמו בתי גידול בחלל תוך שימוש בדלק מינימלי באמצעות הנעה חשמלית. אבל האתגרים של התיישבות מאדים לא מתרחשים רק כאשר בני אדם למעשה תופסים בית גידול על פני כדור הארץ. נושא מרכזי אחד הוא כיצד ניתן לשמור על בתי גידול ומבנים במשך התקופות הארוכות שבהן הם יהיו לא מאוכלסים. פרויקטים מתוכננים כמו תחנת Lunar Gateway של נאס"א, למשל, יהיו תפוסים רק בין 20 ל-30 אחוז מהזמן, ואנחנו יכולים לצפות לשיעורי תפוסה דומים או אפילו נמוכים יותר עבור מאדים פוטנציאליים בתי גידול.

בתי גידול מחוץ לכוכב הלכת צריכים להיות מסוגלים לפקח על עצמם ולתקן את עצמם, במיוחד כאשר האדם הקרוב ביותר נמצא במרחק של מיליוני קילומטרים. ולשם כך נדרשת AI.

מערכת ששוגרה לאחרונה לתחנת החלל הבינלאומית יכולה לספק את הבסיס לניטור בתי גידול בינה מלאכותית. של בוש מערכת SoundSee מורכב ממטען המכיל 20 מיקרופונים, מצלמה וחיישן סביבתי לתיעוד טמפרטורה, לחות ולחץ. חיישנים אלה אוספים נתונים על הסביבה, במיוחד מידע אקוסטי, שניתן להשתמש בהם כדי לסמן בעיות.

"אם אתה מדמיין שיש דליפה בתחנה, לא רק שיהיו צלילים קוליים, אלא גם אובדן לחץ", הסביר מדען המחקר של בוש ג'ונתן מקוסקי. "אם אנו רואים גם אובדן לחץ וגם צליל אולטראסוני וגורמים אחרים, זו דרך קונקרטית לזהות בעיה."

כמובן, דליפה ב-ISS תהיה רועשת, ברורה ודרמטית. אבל כשלים רבים במכונות, במיוחד בסביבות בלתי מאוישות, נובעות מהידרדרות הדרגתית לאורך זמן. ניתן להשתמש ב-AI כדי לחוש את הדברים האלה, אמר החוקר הראשי של SoundSee, Samarjit Das, לא על ידי הוספת חיישנים יותר או טובים יותר, אלא על ידי שימוש יעיל יותר בנתוני חיישנים כדי לחפש עדינים דפוסים.

"מכונות לא פשוט מתקלקלות מיד מטוב לרע", אמר דאס. "יש שחיקה הדרגתית לאורך זמן. חשבו על מערכת שאולי תרצו לנטר ב-ISS כמו הליכון. גלגלי השיניים בפנים מתכלים לאט עם הזמן בזמן השימוש בהם. אנחנו כבני אדם לא יכולים לשמוע משהו משתבש שם, אבל כשאתה מתרגם את זה לנתונים לאורך זמן, בינה מלאכותית יכולה לזהות את השינויים העדינים האלה בסטייה מהנורמה".

אל תדמיין ספינות ובתי גידול עתידיים נשלטים לחלוטין על ידי בינה מלאכותית, או אפילו גרוע מכך בינה מלאכותית אודמת כמו HAL של 2001. "חיישנים ובינה מלאכותית לא יחליפו את בני האדם לחלוטין ויהפכו הכל לאוטומטי", אמר דאס. "AI הוא קו הגנה." מקוסקי הסכים: "אנו רואים בינה מלאכותית ככלי המאפשר דברים חדשים באותו האופן שבו המיקרוסקופ איפשר לבני אדם להסתכל על אורגניזמים מיקרוסקופיים".

יישוב מאדים אפשרי

עם כל הקשיים הסביבה והלוגיסטיים האלה, זה עשוי להיראות כאילו שליחת בני אדם למאדים היא הזדמנות ארוכה, שלא לדבר על הקמת כל סוג של בסיס קבוע או קבוע למחצה שם. למרות שמדובר באתגרים רציניים, קיימים פתרונות בצורה של AI, רובוטיקה ושיטות הנעה אשר נבדקות כעת לשימוש בפרויקטים עתידיים בחלל.

"אני מאמין שהתיישבות של מאדים היא לא בעיה טכנולוגית, זו בעיה כלכלית", אמר קינג. "אם היו לנו את המשאבים להוציא, אנחנו יודעים מה צריך לבנות ואנחנו יודעים איך לבנות את זה. אבל מספר הדולרים או האירו שנדרש כדי לעשות את זה מרתיע".

עם מימון מספיק, יש לנו את הידע להתחיל בהקמת מערכות תקשורת, לאפשר תחבורה ולבנות בתי גידול על מאדים. קינג בטוח שזה יכול לקרות אפילו במהלך חיינו: "בהינתן משאבים בלתי מוגבלים, נוכל להקים את התשתית הזו בעוד עשור".

המלצות עורכים

• הרובוט המדהים הזה שמשנה צורה יכול יום אחד להגיע למאדים
• הכירו את רובוט הפיצ'ינג משנה המשחק שיכול לחקות בצורה מושלמת כל זריקה אנושית
• מפת המים של מאדים יכולה לעזור בבחירת מיקומים למשימות עתידיות
• נאס"א רוצה את עזרתכם כדי לפתור תעלומת מאדים מתמשכת
• מגע אחרון: כיצד מדענים נותנים לרובוטים חוש מישוש דמוי אנוש