火星への植民地化を可能にするロボットの先駆者を紹介します

NASAの今後の予定より 月から火星へのミッション イーロン・マスクの野心的な計画に対して、 SpaceX スターシップを使用する 最終的には火星に植民地化するために、火星への移住競争はすでに始まっています。 しかし、人類が火星を訪れ、そこに何らかの長期基地を設置する前に、偵察隊を派遣して土地の様子を確認し、有人任務に備える必要がある。

私たちが今後数年のうちに火星に送り込む機械の開拓者たちは、探検家のタイヤ跡をたどることになるでしょう。 好奇心探査機 そしてその インサイトランダーしかし、次世代の火星のロボット工学は、洗練された AI、新しい推進方法、柔軟な小型衛星を使用して、新しい世界を植民地化するという課題に対処することになります。

火星環境に合わせた設計

火星の環境に耐えられる機械を構築するには明らかな困難があります。 まず寒さがあり、平均気温は華氏マイナス 80 度程度で、極地では華氏マイナス 190 度まで下がります。 次に、地球の大気のわずか 1% の密度の薄い大気があります。 そして、太陽の光からの強烈な放射は言うまでもなく、地球の表面でのあらゆる活動で巻き上げられる厄介な塵があります。

これらの環境条件は、温度変化によって機構が故障するなど、ロボット工学に問題を引き起こします。 伸びたり縮んだりするため、時間の経過とともに摩耗し、ギアに埃が入り込み、露出した状態で使用できなくなります。 潤滑。

「宇宙ロボット工学にとってさえ、非常にユニークで極限の環境です」と宇宙担当副社長のアル・タドロス氏は語った。 Maxar Technologies のインフラストラクチャと民間空間。同社はロボット アームを製造する会社です。 NASAの火星探査車。 Maxar のロボット アームは、この過酷な環境に耐えるだけでなく、科学的調査を可能にする掘削や掘削などの作業も実行できなければなりません。

もう 1 つの考慮事項は重量制限です。 部品をロケットで火星に配送する必要がある場合、1 グラムごとに考慮して考慮する必要があり、そのためには材料を慎重に選択する必要があります。 「私たちが行っている多くの作業では、さまざまな種類のアルミニウムが使用されています」とタドロス氏は説明します。 「用途に応じてチタンも使用しますし、場合によってはカーボンファイバーも使用します。」 他の軽量化のトリックには、一部を空洞にすることなどがあります。 構造的にそれほど強度を必要としないセクション（ハニカムマトリックス複合材で作ることができるロボットアームの長さなど） チューブ。

ロボットに自ら探索させる

探査機が火星の表面に届けられると、探査を開始できます。 しかし、地球からの距離があるため、技術者が探査機を直接制御することは現実的ではありません。 その代わり、ロボットは探査においてある程度の自律性を持ち、NASA が監督命令を行使します。

「彼らは探査機にこの方向に5メートル進むように指示することができます」とタドロス氏は例として語る。 そのコマンドの実行に問題がある場合、探査機は停止し、さらなる指示を待ちます。 「そういう意味ではかなり初歩的ですね。 しかし将来的には、探査車が「5メートル行くように言われたけど、ここに岩がある」と認識できる自律性を搭載したいと考えています。 地形が開いているのはわかっているので、この方向に回ります。』

地図と地元の知識があれば、ローバーは自己航行を実行できるようになります。 最終的には自律的に科学を実行できるようになるため、科学者は「この種類の岩石を見つけて」などのコマンドを指定するだけで、探査車がサンプルを見つけて分析できるようになるでしょう。 この種の自律性は、NASA の今後の月探査ミッションの一環としてすでに計画されています。 VIPERローバーとタドロス氏は語った。 「氷やその他の物質を探すために、レゴリスや岩石を調べて特徴づける迅速な探査が行われる予定です。」

VIPER や マースコプター Mars 2020 プロジェクトの一環として打ち上げられるこのプロジェクトでは、機械が火星を偵察して探索することが期待されます。 地域の資源と、地球上での人間の生存を助ける、あるいは妨げる危険について知ること。 惑星。

火星測位システムの構築

人類が火星に安全に着陸できる場所と、必要な資源がどこにあるかを知ることは、植民地化への第一歩です。 しかし、他の惑星への訪問と長期滞在の本当の違いは、インフラストラクチャーの問題です。 水から通信、居住地の構築に至るまで、私たちは生活の基本的な必需品を持続可能な方法で提供する方法を見つける必要があります。

初期のインフラストラクチャをセットアップする 1 つの方法は、小型衛星 (Smallsat) を使用することです。 「火星への植民地化を考えているなら、小型衛星の出番となるのは、火星のインフラを整備することです。 植民地のためのより効率的な推進システムを開発している会社、Orbion の CEO である Brad King は次のように述べています。 小型衛星。 「火星には、火星の 2 点間と火星から地球に戻る通信ネットワークが必要です。 地球では、私たちは地球の周りを周回する衛星によってこれらの問題の多くを解決してきました。」

小型衛星は、火星に GPS と同等の機能を設定することで、火星でも同様の機能を果たすことができます。これを火星測位システムと呼ぶことができます。 彼らはまた、惑星の表面を偵察して、人類が来る地域を準備することもできます。

A から B への移動

問題は、手頃な方法で衛星を地球から火星に運ぶことだ。 伝統的に、航空機は化学推進、つまり燃料を燃やして推力を生み出すことによって宇宙を移動してきました。 これは、ロケットが地球の大気圏を離れて宇宙に到達するのに必要な推力など、大量の推力を生み出すのに最適な方法です。 しかし、現代のロケットの最大の部分は単なる燃料タンクであるほど、大量の燃料が必要です。

宇宙を移動するための安価な代替手段は電気推進であり、太陽エネルギーを使用して宇宙船の後部からキセノンのような不活性物質を発射します。 この方法は燃料効率が高く、少ない燃料で長距離を移動することができます。 欠点は、この推進方法は推力が低いため、目的地に到着するまでに時間がかかることです。 電気推進を使用して地球から火星まで宇宙船を送るには数年かかる可能性がありますが、化学推進を使用した場合の移動には 6 ～ 9 か月かかります。

ただし、この原則は小型の無人航空機にのみ適用されるわけではありません。 電気推進の明らかな利点は、非常に効率的にスケールアップできることです。「電気推進技術は、規模が大きくなるほど、より効果的に機能します」とキング氏は述べています。 「原則として、非常に大規模な有人ミッションへの電気推進のスケールアップを制限するものは何もありません。 そこに到達するためにバトルスター・ギャラクティカサイズの宇宙船を建造しているので、経済的なハードルにぶつかり始めているのです。」

電気推進は、最近遠く離れた小惑星を訪問した日本の宇宙庁のはやぶさなどのプロジェクトで使用されています。 リュウグウ. そして、将来のプロジェクトでは電気推進船の計画がさらに増えています。 動力および推進要素 NASA の月ゲートウェイ ステーションの (PPE) モジュールは太陽光発電を使用し、現在の能力の 3 倍強力になります。

バスに乗る

惑星への打ち上げと着陸には依然として化学推進力が必要だが、その間の旅ははるかに効率化できる可能性がある。 キング教授は、推進力を持たない乗組員車両や貨物車両を、地球と火星を通過するサイクリング軌道に投入できる可能性があると示唆しています。 「そうすれば、推進力を必要とせずに、本質的に物を送り込んで火星まで『バスに乗る』ことができるのです」と彼は説明した。 同様のシステムはすでに使用されています ケプラー宇宙望遠鏡、地球を追跡する太陽中心軌道に打ち上げられた後、燃料はほとんど使用されませんでした。

もちろん、地球から火星に行くことは旅の一部にすぎません。 宇宙船が火星に到着したら、速度を落として軌道に入る必要があります。 航空機の速度を落とすには、通常、燃料を必要とするリバース スラスターを使用する方法と、エアロブレーキを使用する方法の 2 つがあります。 後者は、宇宙船が火星の大気圏外に飛び込み、空気抵抗を利用して車両のエネルギーを十分に減少させ、大気圏から出たときに軌道に入ることができるようにするものです。

電気推進の概念は過去数十年間、やや主流になってきましたが、これらの新しいプロジェクトにより主流になりました。 「現在、それは大規模に適用されており、空の旅がプロペラ駆動の飛行機からジェット機に移行するようなものです」とキング氏は語った。

センサーとAI

そのため、地上を偵察するためにロボットを送り、インフラを設置するために衛星を送り込むことができます。 電気推進による最小限の燃料を使用して、居住地のような巨大な建造物を宇宙に移動させることもできます。 しかし、火星植民地化の課題は、人類が実際に惑星上の居住地を占領している場合にのみ発生するわけではありません。 大きな問題の 1 つは、居住地や構造物が人がいない長期間にわたってどのように維持できるかということです。 たとえば、NASA の月ゲートウェイ ステーションのような計画されたプロジェクトは、おそらく 20 ～ 30 人しか占有されないでしょう。 パーセントの確率で、潜在的な火星の占有率は同等かそれよりも低いと予想できます。 生息地。

惑星外の生息地は、特に最も近い人間が何百万マイルも離れている場合、自らを監視し、自らを修復できる必要があります。 そしてそのためにはAIが必要です。

最近国際宇宙ステーションに打ち上げられたシステムは、AI 生息地監視の基礎となる可能性があります。 ボッシュの サウンドシステムを参照 20 個のマイク、カメラ、温度、湿度、圧力を記録する環境センサーを含むペイロードで構成されます。 これらのセンサーは環境に関するデータ、特に音響情報を収集し、問題を警告するために使用できます。

「ステーション内に漏れがあると想像すると、超音波音だけでなく圧力損失も発生するでしょう」とボッシュの研究科学者ジョナサン・マコスキー氏は説明しました。 「圧力損失と超音波音、その他の要因の両方を確認できれば、問題を特定する具体的な方法になります。」

もちろん、ISS での漏洩は大音量で、明白で、劇的なものとなるでしょう。 しかし、特に無人環境における機械の故障の多くは、時間の経過とともに徐々に劣化することが原因です。 SoundSee の主任研究員であるサマルジット・ダス氏は、AI はこれらを感知するために使用でき、追加することではないと述べました。 より多くの、あるいはより優れたセンサーを使用するのではなく、センサー データをより効率的に使用して、微妙なセンサーを検索することにより、 パターン。

「機械はすぐに故障して良い状態から悪い状態になるわけではありません」とダス氏は言う。 「時間の経過とともに徐々に磨耗していきます。 ISS 内で監視したいシステムをトレッドミルのように考えてください。 内部の歯車は使用しているうちに徐々に劣化していきます。 私たち人間は、そこで何か問題が起こっていることを聞くことはできませんが、それを時間の経過とともにデータに変換すると、AI が標準からの逸脱における微妙な変化を検出できるようになります。」

ただし、AI によって完全に制御される将来の船や生息地、さらには 2001 年の HAL のような真っ赤な AI を想像しないでください。 「センサーやAIが人間に完全に取って代わり、すべてを自動化するわけではありません」とダス氏は言う。 「AI は防衛線です。」 マコスキー氏もこれに同意し、「顕微鏡によって人間が微生物を観察できるようになったのと同じように、AI は新しいことを可能にするツールだと考えています。」

火星への植民地化は可能だ

これらすべての環境と物流上の困難を考慮すると、火星に何らかの恒久的または半永久的な基地を設立することはおろか、火星に人類を送り込むこと自体が遠い話のように思えるかもしれません。 これらは深刻な課題ではありますが、AI、ロボット工学、推進方法という形で解決策が存在し、将来の宇宙プロジェクトでの使用に向けて現在テストされています。

「火星の植民地化は技術的な問題ではなく、経済的な問題だと私は信じています」とキング氏は語った。 「私たちに費やすリソースがあれば、何を構築する必要があるか、そしてそれを構築する方法を知っています。 しかし、そのために必要なドルやユーロの金額は気が遠くなるようなものです。」

十分な資金があれば、私たちは火星に通信システムを設置し、輸送を可能にし、生息地の構築を始めるための知識を持っています。 キング氏は、私たちが生きている間にもそれが起こる可能性があると確信しており、「無限のリソースがあれば、10 年以内にこのインフラを構築できるだろう」と語った。

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