화성을 식민지화할 로봇 개척자들을 만나보세요

NASA의 다가오는 달에서 화성으로 가는 임무 엘론 머스크의 야심찬 계획에 SpaceX 우주선을 사용하세요 결국 화성을 식민지화하기 위한 붉은 행성에 거주하기 위한 경쟁은 이미 시작되었습니다. 하지만 인간이 화성을 방문하여 그곳에 장기 기지를 건설하려면 먼저 정찰병을 보내 지형을 살펴보고 유인 임무를 준비해야 합니다.

앞으로 우리가 화성에 보낼 기계 개척자들은 다음과 같은 탐험가들의 타이어 트랙을 따라갈 것입니다. 호기심 탐사선 그리고 인사이트 랜더그러나 차세대 화성 로봇 공학은 정교한 AI, 새로운 추진 방법 및 유연한 소형 위성을 사용하여 새로운 세계를 식민지화하는 과제를 해결할 것입니다.

화성 환경을 위한 설계

화성의 환경을 견딜 수 있는 기계를 만드는 데는 뚜렷한 어려움이 있습니다. 첫째, 추위가 있습니다. 평균 기온은 화씨 영하 80도 정도이고 극지방에서는 화씨 영하 190도까지 내려갑니다. 그리고 대기 밀도가 지구 대기 밀도의 1%에 불과한 얇은 대기가 있습니다. 그리고 태양 광선의 강렬한 방사선은 말할 것도 없고 행성 표면의 모든 작업에서 발생하는 성가신 먼지도 있습니다.

이러한 환경 조건은 메커니즘을 유발하는 온도 변화로 인해 로봇공학에 문제를 야기합니다. 팽창 및 수축하므로 시간이 지남에 따라 마모되어 먼지가 기어에 들어가 노출된 사용을 방지합니다. 매끄럽게 하기.

우주 부사장 알 타드로스(Al Tadros)는 “이것은 우주 로봇 공학의 경우에도 매우 독특하고 극한의 환경입니다.”라고 말했습니다. 로봇 팔을 제작하는 회사인 Maxar Technologies의 인프라 및 토목 공간 NASA의 화성 탐사선. Maxar의 로봇 팔은 이 가혹한 환경에서 살아남을 수 있을 뿐만 아니라 과학적 조사를 가능하게 하는 굴착 및 드릴링과 같은 작업도 수행할 수 있어야 합니다.

또 다른 고려 사항은 무게 제한입니다. 로켓을 통해 부품을 화성으로 배송해야 하는 경우 모든 1그램을 고려하고 계산해야 하며 이를 위해서는 신중하게 재료를 선택해야 합니다. Tadros는 "우리가 하는 많은 작업에는 다양한 유형의 알루미늄이 사용됩니다."라고 설명했습니다. "우리는 또한 티타늄을 사용하고 경우에 따라 용도에 따라 탄소 섬유를 사용합니다." 다른 무게 절약 요령에는 일부를 비우는 것이 포함됩니다. 벌집형 매트릭스 복합재로 만들 수 있는 로봇 팔의 길이와 같이 구조적으로 강할 필요가 없는 부분 튜브.

로봇이 스스로 탐색하도록 놔두기

탐사선이 화성 표면에 도착하면 탐사를 시작할 수 있습니다. 그러나 지구와의 거리로 인해 엔지니어가 로버를 직접 제어하는 ​​것은 불가능합니다. 대신 로봇은 NASA가 감독 명령을 행사하면서 탐사에 있어 어느 정도 자율성을 갖습니다.

예를 들어 Tadros는 "그들은 탐사선에게 이 방향으로 5미터 이동하라고 지시할 수 있습니다."라고 말합니다. 해당 명령을 실행하는 데 문제가 있으면 로버는 멈추고 추가 지시를 기다립니다. “그런 의미에서는 오히려 초보적이에요. 하지만 앞으로는 자율성을 갖고 로버가 '아, 5미터 가라고 했는데 여기 바위가 있구나'라고 인식하는 게 욕심이다. 지형이 열려 있다는 걸 알기 때문에 이 방향으로 돌아볼 거예요.'”

지도와 지역 지식을 바탕으로 로버는 자체 탐색을 수행할 수 있습니다. 그들은 결국 자율적으로 과학을 수행할 수도 있게 될 것이므로 과학자들은 '이런 종류의 암석을 찾아라'와 같은 명령만 지정하면 로버가 샘플을 찾아 분석할 수 있습니다. 이런 종류의 자율성은 NASA의 다가오는 달 탐사 임무의 일환으로 이미 계획되고 있습니다. VIPER 로버"라고 Tadros는 말했습니다. "얼음과 기타 물질을 찾기 위해 표토와 암석을 관찰하고 특성화하는 등 신속한 탐사 작업을 수행할 것입니다."

VIPER와 같은 로봇공학을 통해 화성콥터 Mars 2020 프로젝트의 일환으로 발사되면 기계가 화성을 정찰하고 탐험할 것으로 기대할 수 있습니다. 지구상에서 인간의 생존을 돕거나 방해하는 지역 자원과 위험에 대해 알아냅니다. 행성.

화성 측위 시스템 구축

인간이 화성에 안전하게 착륙할 수 있는 곳과 필요한 자원을 찾을 수 있는 곳을 아는 것이 식민지화를 향한 첫 번째 단계입니다. 그러나 다른 행성을 방문하는 것과 장기 체류의 실제 차이점은 인프라의 문제입니다. 물에서부터 통신, 서식지 건축에 이르기까지 우리는 지속 가능한 방식으로 삶의 기본 필수품을 제공할 수 있는 방법을 찾아야 합니다.

초기 인프라를 구축하는 한 가지 방법은 소형 위성 또는 소형 위성을 사용하는 것입니다. “소형 위성이 들어오는 화성을 식민지화할 생각을 하고 있다면 화성을 위한 인프라를 구축하는 것입니다. 보다 효율적인 추진 시스템을 만드는 회사인 Orbion의 CEO인 Brad King은 말했습니다. 작은 위성. “우리는 화성의 두 지점 사이와 화성에서 지구로의 통신 네트워크가 필요합니다. 지구상에서 우리는 지구 주위를 도는 위성을 통해 이러한 많은 문제를 해결했습니다.”

Smallsats는 GPS에 해당하는 화성 장치를 설정하여 화성에서 유사한 기능을 수행할 수 있습니다. 이를 화성 위치 확인 시스템이라고 부를 수 있습니다. 그들은 또한 행성 표면을 정찰하여 인간이 올 지역을 준비할 수도 있습니다.

A에서 B로 이동

문제는 합리적인 가격으로 지구에서 화성까지 위성을 보내는 것입니다. 전통적으로 항공기는 화학적 추진력, 즉 추력을 생성하기 위해 연료를 태우는 방식을 통해 우주를 이동했습니다. 이는 로켓이 지구의 대기를 떠나 우주로 발사하는 데 필요한 추력과 같은 대량의 추력을 생성하는 좋은 방법입니다. 그러나 현대 로켓의 가장 큰 부분이 단순히 연료 탱크일 정도로 막대한 양의 연료가 필요합니다.

우주를 이동하기 위한 더 저렴한 대안은 태양 에너지를 사용하여 우주선 뒤쪽에서 크세논과 같은 불활성 물질을 쏘는 전기 추진입니다. 이 방법은 연료 효율이 높아 아주 적은 연료로 장거리를 이동할 수 있습니다. 단점은 이 추진 방식이 추력이 낮아 목적지 도착까지 시간이 더 오래 걸린다는 점이다. 전기 추진 장치를 사용하여 지구에서 화성까지 우주선을 보내는 데는 몇 년이 걸릴 수 있습니다. 이는 화학적 추진 장치를 사용하면 6~9개월이 걸리는 여행에 비해 몇 년이 걸릴 수 있습니다.

하지만 이 원리는 소형 무인 항공기에만 적용되는 것은 아니다. 전기 추진의 뚜렷한 장점은 매우 효율적으로 확장된다는 것입니다. King은 “전기 추진 기술은 크기가 커질수록 더 잘 작동합니다.”라고 말했습니다. “원칙적으로 매우 대규모의 승무원 임무로 전기 추진의 확장을 제한하는 것은 없습니다. 거기에 도달하기 위해 Battlestar Galactica 크기의 우주선을 제작하고 있기 때문에 경제적 장애물에 부딪히기 시작했습니다.”

최근 먼 소행성을 방문한 일본 우주국의 하야부사 우주선과 같은 프로젝트에 전기 추진 장치가 사용되었습니다. 류구. 그리고 향후 프로젝트에는 전기 추진 선박에 대한 더 많은 계획이 있습니다. 동력 및 추진 요소 (PPE) 태양 전기 추진을 사용하고 현재 용량보다 3배 더 강력할 NASA의 Lunar Gateway 스테이션의 모듈입니다.

버스를 타고

행성에 발사하고 착륙하려면 여전히 화학적 추진력이 필요하지만 그 사이의 여행은 훨씬 더 효율적으로 이루어질 수 있습니다. 킹은 추진력이 없는 승무원 차량이나 화물 차량이 지구와 화성을 지나는 순환 궤도에 들어갈 수 있다고 제안합니다. "그러면 추진력이 필요 없이 본질적으로 화성으로 물건을 보내고 '버스를 타고' 화성으로 보낼 수 있습니다."라고 그는 설명했습니다. 유사한 시스템이 이미 사용되었습니다. 케플러 우주 망원경, 지구를 따라가는 태양 중심 궤도로 발사된 후 연료를 거의 사용하지 않았습니다.

물론 지구에서 화성까지 가는 것은 여행의 일부일 뿐입니다. 우주선이 화성에 도착하면 속도를 줄여 궤도에 진입해야 합니다. 항공기의 속도를 늦추려면 일반적으로 연료가 필요한 역추진 장치를 사용하는 방법과 에어로 브레이크를 사용하는 두 가지 방법이 있습니다. 후자는 우주선이 화성의 외부 대기 속으로 잠수하는 곳으로 공기 역학적 항력을 사용하여 대기에서 나올 때 궤도에 진입할 수 있을 만큼 차량의 에너지를 줄입니다.

전기 추진의 개념은 지난 수십 년 동안 다소 비주류였지만, 이러한 새로운 프로젝트를 통해 주류로 옮겨졌습니다. King은 "이제 대규모로 적용되고 있습니다. 마치 프로펠러 구동 항공기에서 제트 항공기로 항공 여행이 전환되는 것과 같습니다."라고 말했습니다.

센서와 AI

따라서 우리는 표면을 정찰하기 위해 로봇을 보내고 인프라를 구축하기 위해 위성을 보낼 수 있습니다. 전기 추진을 통해 최소한의 연료를 사용하여 서식지와 같은 거대한 건축물을 우주로 이동할 수도 있습니다. 그러나 화성 식민지화의 어려움은 인간이 실제로 지구상 서식지를 점유하고 있을 때만 발생하는 것이 아닙니다. 한 가지 주요 문제는 서식지와 구조물이 비어 있는 오랜 기간 동안 어떻게 유지될 수 있는가 하는 것입니다. 예를 들어 NASA의 Lunar Gateway 스테이션과 같은 계획된 프로젝트는 20~30명만 점유될 가능성이 높습니다. 잠재적인 화성의 점유율은 비슷하거나 더 낮을 것으로 예상할 수 있습니다. 서식지.

지구 밖의 서식지는 특히 가장 가까운 인간이 수백만 마일 떨어져 있을 때 스스로 모니터링하고 스스로 고칠 수 있어야 합니다. 그리고 그러기 위해서는 AI가 필요하다.

최근 국제 우주 정거장에 발사된 시스템은 AI 서식지 모니터링의 기초를 제공할 수 있습니다. 보쉬의 사운드씨 시스템 마이크 20개, 카메라, 온도, 습도, 압력을 기록하는 환경 센서가 포함된 페이로드로 구성됩니다. 이러한 센서는 환경에 대한 데이터, 특히 음향 정보를 수집하여 문제를 파악하는 데 사용할 수 있습니다.

Bosch 연구 과학자 Jonathan Macoskey는 "스테이션에 누출이 있다고 가정하면 초음파 신호음뿐만 아니라 압력 손실도 있을 것입니다."라고 설명했습니다. "압력 손실과 초음파 톤 및 기타 요인을 모두 볼 수 있다면 이는 문제를 식별하는 구체적인 방법입니다."

물론 ISS의 누출은 시끄럽고 명백하며 극적일 것입니다. 그러나 특히 무인 환경에서 많은 기계 고장은 시간이 지남에 따라 점진적인 성능 저하로 인해 발생합니다. SoundSee 수석 연구원 Samarjit Das는 AI를 사용하여 이러한 것들을 감지할 수 있다고 말했습니다. 더 많거나 더 나은 센서를 사용하는 것이 아니라 센서 데이터를 보다 효율적으로 사용하여 미묘한 정보를 검색합니다. 패턴.

Das는 “기계는 좋은 것에서 나쁜 것으로 즉시 고장나지 않습니다.”라고 말했습니다. “시간이 지남에 따라 점차적으로 마모됩니다. 런닝머신처럼 ISS에서 모니터링하고 싶은 시스템을 생각해 보세요. 내부의 기어는 사용하면서 시간이 지나면서 서서히 성능이 저하됩니다. 인간으로서 우리는 거기에서 뭔가 잘못되는 것을 들을 수 없지만, 시간이 지남에 따라 이를 데이터로 변환하면 AI는 표준에서 벗어난 미묘한 변화를 발견할 수 있습니다.”

하지만 미래의 선박과 서식지가 AI에 의해 완전히 통제되거나 심지어 2001년 HAL과 같은 루저 AI가 통제되는 것은 상상하지 마십시오. Das는 "센서와 AI가 인간을 완전히 대체하거나 모든 것을 자동화하지는 않을 것"이라고 말했습니다. “AI는 방어선이다.” Macoskey는 다음과 같이 동의했습니다. “인간이 현미경을 통해 미세한 유기체를 볼 수 있었던 것과 마찬가지로 우리는 AI를 새로운 것을 가능하게 하는 도구로 봅니다.”

화성 식민지화가 가능하다

이러한 모든 환경과 병참상의 어려움으로 인해 화성에 인간을 보내는 것은 그곳에 영구적 또는 반영구적 기지를 구축하는 것은 고사하고, 전혀 어려운 일처럼 보일 수 있습니다. 이는 심각한 과제이지만 미래 우주 프로젝트에 사용하기 위해 현재 테스트 중인 AI, 로봇 공학 및 추진 방법의 형태로 솔루션이 존재합니다.

킹 목사는 “화성을 식민지화하는 것은 기술적인 문제가 아니라 경제적인 문제라고 생각한다”고 말했다. “사용할 자원이 있다면 무엇을 구축해야 하는지, 구축 방법을 알고 있습니다. 하지만 그렇게 하는 데 드는 달러나 유로의 양은 엄청납니다.”

충분한 자금이 있으면 우리는 화성에 통신 시스템을 설정하고, 교통을 활성화하고, 서식지를 건설할 수 있는 지식을 갖추고 있습니다. King은 이것이 우리 생애 내에 일어날 수도 있다고 확신합니다. "무한한 자원이 주어지면 이 인프라를 10년 안에 구축할 수 있습니다."

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