No NASA gaidāmā Mēness uz Marsa misija Īlona Maska ambiciozajiem plāniem izmantot SpaceX Starship lai galu galā kolonizētu Marsu, Sarkanās planētas apdzīvošanas sacensības jau ir sākušās. Bet, pirms cilvēki var apmeklēt Marsu un izveidot tur jebkāda veida ilgtermiņa bāzi, mums ir jāizsūta izlūki, lai redzētu zemes gultnes un sagatavotu to pilotējamām misijām.
Saturs
- Projektēšana Marsa videi
- Ļaujiet robotiem izpētīt pašiem
- Marsa pozicionēšanas sistēmas izveide
- Nokļūšana no A līdz B
- Braucot ar autobusu
- Sensori un AI
- Ir iespējama Marsa kolonizācija
Mehāniskie pionieri, kurus turpmākajos gados nosūtīsim uz Marsu, sekos tādu pētnieku riepu pēdās kā Curiosity rover un Insight lander, bet Marsa robotikas nākamā paaudze izmantos izsmalcinātu mākslīgo intelektu, jaunas piedziņas metodes un elastīgus mazos satvērējus, lai risinātu jaunas pasaules kolonizācijas izaicinājumus.
Ieteiktie videoklipi
Projektēšana Marsa videi
Ir izteiktas grūtības, veidojot mašīnas, kas spēj izturēt Marsa vidi. Pirmkārt, ir aukstums, vidējā temperatūra ir ap mīnus 80 grādiem pēc Fārenheita un polos pazeminās līdz mīnus 190 grādiem pēc Fārenheita. Tad ir plānā atmosfēra, kas ir tikai viens procents no Zemes atmosfēras blīvuma. Un tad ir apgrūtinošie putekļi, kas tiek pacelti jebkurā darbībā uz planētas virsmas, nemaz nerunājot par intensīvo Saules staru starojumu.
Saistīts
- Ingenuity helikopters palīdz pētniekiem uzzināt par putekļiem uz Marsa
- NASA Marsa skābekļa panākumi rada cerības uz cilvēku apmeklējumu
- NASA, iespējams, būs jārok dziļāk, lai iegūtu pierādījumus par dzīvību uz Marsa
Šie vides apstākļi rada problēmas robotikai, sākot no temperatūras svārstībām, kas izraisa mehānismus, līdz paplašināties un sarauties, un tādējādi laika gaitā nolietoties, lai putekļi iekļūtu zobratos, kas neļauj izmantot atklātus eļļošana.
"Tā ir ļoti unikāla un ekstrēma vide pat kosmosa robotikai," sacīja Kosmosa nodaļas viceprezidents Als Tadross Infrastruktūra un civilā telpa uzņēmumā Maxar Technologies, kas ir uzņēmums, kas ražo robotizētās rokas NASA Marsa rovers. Maxar robotu rokām jāspēj ne tikai izdzīvot šajā skarbajā vidē, bet arī veikt tādus uzdevumus kā rakšana un urbšana, kas ļauj veikt zinātniskus pētījumus.
Vēl viens apsvērums ir svara ierobežojumi. Ja detaļa ir jānogādā uz Marsu ar raķetes palīdzību, katrs grams ir jāapsver un jāņem vērā, un tas prasa rūpīgi atlasīt materiālus. "Lielā daļā mūsu darbības tiek izmantoti dažādi alumīnija veidi," skaidroja Tadross. "Mēs izmantojam arī titānu un dažos gadījumos izmantojam oglekļa šķiedru atkarībā no pielietojuma." Citi svara taupīšanas triki ietver dažu izdobumu sekcijas, kurām nav jābūt strukturāli tik spēcīgām, piemēram, robota rokas garums, ko var izgatavot no šūnveida matricas kompozīta caurules.
Ļaujiet robotiem izpētīt pašiem
Kad roveris ir nogādāts uz Marsa virsmas, tas var sākt izpēti. Tomēr attāluma no Zemes dēļ inženieriem nav iespējams tieši vadīt roverus. Tā vietā robotiem ir zināma autonomija savos pētījumos, un NASA īsteno uzraudzības komandu.
“Viņi var likt roverim doties piecus metrus šajā virzienā,” piemēru min Tadross. Ja rodas problēmas, izpildot šo komandu, roveris apstāsies un gaidīs papildu norādījumus. “Tā ziņā tas ir diezgan elementāri. Taču nākotnē ir vēlme nodrošināt autonomiju uz klāja, lai roveris atpazītu: “Ak, man lika iet piecus metrus, bet šeit ir laukakmens. Es iešu šajā virzienā, jo zinu, ka reljefs ir atvērts.
"Mums ir nepieciešami sakaru tīkli uz Marsa gan starp diviem punktiem uz Marsa, gan no Marsa atpakaļ uz Zemi."
Ar karti un vietējām zināšanām roveri varēs veikt pašnavigāciju. Viņi pat galu galā varēs patstāvīgi veikt zinātni, tāpēc zinātniekiem būs tikai jānorāda komanda, piemēram, “atrast šāda veida iezi”, un roveris varētu atrast un analizēt paraugu. Šāda veida autonomija jau tiek plānota kā daļa no gaidāmās NASA Mēness misijas ar VIPER rover, Tadros teica. "Tā tiks veikta ātra izpēte, regolīta un akmeņu apskate un raksturošana, lai meklētu ledu un citus materiālus."
Ar robotiku, piemēram, VIPER un Marskopters uzsākot Mars 2020 projektu, mēs varam sagaidīt, ka mašīnas izlūkos un izpētīs Marsu, uzzināt par vietējiem resursiem un apdraudējumiem, kas palīdzēs vai kavēs cilvēku izdzīvošanu planēta.
Marsa pozicionēšanas sistēmas izveide
Zināt, kur cilvēki var droši nolaisties uz Marsa un kur viņi var atrast nepieciešamos resursus, ir pirmais solis ceļā uz kolonizāciju. Taču patiesā atšķirība starp apmeklējumu un ilgstošu uzturēšanos uz citas planētas ir infrastruktūras jautājums. Sākot ar ūdeni un beidzot ar komunikācijām un beidzot ar biotopu būvniecību, mums būs jāatrod veids, kā ilgtspējīgā veidā nodrošināt pirmās nepieciešamības preces.
Viena no metodēm agrīnas infrastruktūras izveidei ir mazu satelītu vai mazo satelītu izmantošana. "Ja jūs domājat par Marsa kolonizāciju, tad, ja ienāk mazie satīti, tiek izveidota infrastruktūra kolonija,” sacīja Breds Kings, uzņēmuma Orbion izpilddirektors, kas rada efektīvākas piedziņas sistēmas mazie satīti. "Mums ir nepieciešami sakaru tīkli uz Marsa gan starp diviem punktiem uz Marsa, gan no Marsa atpakaļ uz Zemi. Uz Zemes mēs esam atrisinājuši daudzas no šīm problēmām ar satelītiem, kas riņķo ap mūsu planētu.
Smallsats varētu pildīt līdzīgas funkcijas uz Marsa, izveidojot Marsa ekvivalentu GPS - mēs to varētu saukt par Marsa pozicionēšanas sistēmu. Viņi var arī izlūkot planētas virsmu, sagatavojot zonu cilvēku ierašanās brīdim.
Nokļūšana no A līdz B
Problēma ir satelītu nogādāšana no Zemes uz Marsu par pieņemamu cenu. Tradicionāli kuģi tiek pārvietoti pa kosmosu, izmantojot ķīmisko piedziņu, tas ir, sadedzinot degvielu, lai radītu vilci. Tas ir lielisks veids, kā radīt lielus vilces spēkus, piemēram, vilces spēku, kas nepieciešams, lai raķete atstātu Zemes atmosfēru un nonāktu kosmosā. Bet tas aizņem milzīgu daudzumu degvielas, līdz tādai pakāpei, ka lielākā daļa mūsdienu raķešu ir vienkārši degvielas tvertne.
Lētāka alternatīva pārvietošanai pa kosmosu ir elektriskā piedziņa, kas izmanto saules enerģiju, lai no kuģa aizmugures izšautu inertu vielu, piemēram, ksenonu. Šī metode ir ļoti taupīga, ļaujot veikt lielus attālumus ar ļoti mazu degvielas patēriņu. Negatīvā puse ir tāda, ka šai piedziņas metodei ir mazs vilces spēks, tāpēc ir nepieciešams ilgāks laiks, lai sasniegtu galamērķi. Kuģa nosūtīšana no Zemes uz Marsu, izmantojot elektrisko piedziņu, var aizņemt vairākus gadus, salīdzinot ar ķīmisko dzinējspēku, ar kuru ceļojums ilgtu aptuveni sešus līdz deviņus mēnešus.
"Mēs kā cilvēki nevaram dzirdēt, ka kaut kas tur notiek nepareizi, taču, pārvēršot to datos laika gaitā, AI var pamanīt šīs smalkās izmaiņas novirzē no normas."
Tomēr šis princips attiecas ne tikai uz maziem bezpilota kuģiem. Atšķirīga elektriskās piedziņas priekšrocība ir tā, ka tā ir ļoti efektīva: "Elektriskās piedziņas tehnoloģija darbojas labāk, jo lielāka tā kļūst," sacīja Kings. "Principā nekas neierobežo elektriskās piedziņas palielināšanu līdz ļoti lielām, apkalpes misijām. Jūs vienkārši sākat saskarties ar ekonomiskiem šķēršļiem, jo jūs veidojat Battlestar Galactica izmēra kuģi, lai tur nokļūtu.
Elektriskā piedziņa ir izmantota tādos projektos kā Japānas Kosmosa aģentūras kuģis Hayabusa, kas nesen apmeklēja tālo asteroīdu. Ryugu. Un turpmākajos projektos, piemēram, ir vairāk plānu ar elektrību darbināmiem kuģiem jaudas un piedziņas elements (PPE) NASA Lunar Gateway stacijas modulis, kas izmanto saules elektrisko piedziņu un būs trīs reizes jaudīgāks par pašreizējām iespējām.
Braucot ar autobusu
Palaišanai un nolaišanai uz planētām joprojām būs nepieciešama ķīmiska piedziņa, taču braucienu starp tiem varētu padarīt daudz efektīvākus. Kings ierosina, ka bezpiedziņas apkalpes transportlīdzekli vai kravas transportlīdzekli varētu novietot riteņbraukšanas orbītā, kas iet garām Zemei un Marsam. "Tad jūs būtībā varat nosūtīt lietas un "braukt ar autobusu" uz Marsu, neprasot piedziņu," viņš paskaidroja. Līdzīga sistēma jau ir izmantota Keplera kosmiskais teleskops, kas patērēja ļoti maz degvielas pēc palaišanas uz Zemi slīdošā heliocentriskā orbītā.
Protams, nokļūšana no Zemes uz Marsu ir tikai daļa no ceļojuma. Kad kuģis ierodas Marsā, tam jāsamazina ātrums un jāieiet orbītā. Lai palēninātu kuģi, parasti ir divas metodes: atpakaļgaitas dzinēju izmantošana, kam nepieciešama degviela, un aerobremzēšana. Pēdējā ir vieta, kur kuģis iegremdējas Marsa ārējā atmosfērā, izmantojot aerodinamisko pretestību, lai pietiekami samazinātu transportlīdzekļa enerģiju, lai, izkāpjot no atmosfēras, tas varētu nonākt orbītā.
Elektriskās piedziņas jēdziens pēdējo desmitgažu laikā ir bijis nedaudz malās, taču ar šiem jaunajiem projektiem tas ir kļuvis par galveno. "Tagad tas tiek izmantots plašā mērogā — tas ir kā gaisa satiksmes pāreja no propellera lidmašīnām uz reaktīvo lidmašīnu," sacīja Kings.
Sensori un AI
Tātad mēs varam nosūtīt robotus, lai izpētītu virsmu, un satelītus, lai izveidotu infrastruktūru. Mēs pat varētu pārvietot milzīgas konstrukcijas, piemēram, biotopus, izmantojot elektrisko piedziņu, izmantojot minimālu degvielu. Bet Marsa kolonizācijas izaicinājumi rodas ne tikai tad, kad cilvēki faktiski aizņem dzīvotni uz planētas. Viens no galvenajiem jautājumiem ir tas, kā dzīvotnes un struktūras var uzturēt ilgu laiku, kad tie būs neapdzīvoti. Plānotie projekti, piemēram, NASA Lunar Gateway stacija, visticamāk, tiks aizņemti tikai 20–30 procentus no laika, un mēs varam sagaidīt līdzīgus vai pat zemākus noslogojumu potenciālajam Marsam biotopi.
Ārpus planētas esošajiem biotopiem ir jāspēj sevi uzraudzīt un sakārtot, it īpaši, ja tuvākais cilvēks atrodas miljoniem jūdžu attālumā. Un tam ir nepieciešams AI.
"Es uzskatu, ka Marsa kolonizācija nav tehnoloģisks, tas ir ekonomisks jautājums."
Sistēma, kas nesen tika palaista Starptautiskajā kosmosa stacijā, varētu būt pamats AI biotopu uzraudzībai. Bosch SoundSee sistēma sastāv no kravnesības, kurā ir 20 mikrofoni, kamera un vides sensors temperatūras, mitruma un spiediena ierakstīšanai. Šie sensori apkopo datus par vidi, īpaši akustisko informāciju, ko var izmantot, lai atzīmētu problēmas.
"Ja iedomājaties, ka stacijā ir noplūde, būtu ne tikai ultraskaņas signāli, bet arī spiediena zudumi," skaidroja Bosch pētnieks Džonatans Makoskijs. "Ja mēs redzam gan spiediena zudumu, gan ultraskaņas signālu un citus faktorus, tas ir konkrēts veids, kā identificēt problēmu."
Protams, noplūde SKS būtu skaļa, acīmredzama un dramatiska. Taču daudzas mašīnu atteices, īpaši bezpilota vidē, ir saistītas ar pakāpenisku degradāciju laika gaitā. AI var izmantot, lai sajustu šīs lietas, teica SoundSee galvenais pētnieks Samardžits Dass, nevis pievienojot vairāk vai labākus sensorus, bet gan efektīvāk izmantojot sensoru datus, lai meklētu smalkus modeļiem.
"Mašīnas ne tikai uzreiz sabojājas no labas uz sliktu," sacīja Das. “Laika gaitā notiek pakāpeniska nolietošanās. Padomājiet par sistēmu, kuru, iespējams, vēlēsities uzraudzīt ISS kā skrejceliņu. Iekšā esošie zobrati laika gaitā lēnām degradējas, kad tie tiek izmantoti. Mēs kā cilvēki nevaram dzirdēt, ka kaut kas tur notiek nepareizi, taču, pārvēršot to datos laika gaitā, AI var pamanīt šīs smalkās izmaiņas novirzē no normas.
Tomēr neiedomājieties, ka nākotnes kuģus un biotopus pilnībā kontrolētu mākslīgais intelekts, vai, vēl ļaunāk, tādu nežēlīgu AI, piemēram, 2001. gada HAL. "Sensori un AI neaizstās pilnībā cilvēkus un visu automatizēs," sacīja Das. "AI ir aizsardzības līnija." Macoskey piekrita: "Mēs redzam AI kā rīku, kas nodrošina jaunas lietas tādā pašā veidā, kā mikroskops ļāva cilvēkiem aplūkot mikroskopiskus organismus."
Ir iespējama Marsa kolonizācija
Ņemot vērā visas šīs vides un loģistikas grūtības, varētu šķist, ka cilvēku nosūtīšana uz Marsu vispār ir tāls pasākums, nemaz nerunājot par jebkāda veida pastāvīgas vai daļēji pastāvīgas bāzes izveidi. Lai gan tie ir nopietni izaicinājumi, risinājumi pastāv mākslīgā intelekta, robotikas un piedziņas metožu veidā, kas pašlaik tiek pārbaudīti izmantošanai nākotnes kosmosa projektos.
"Es uzskatu, ka Marsa kolonizācija nav tehnoloģisks, tas ir ekonomikas jautājums," sacīja Kings. “Ja mums būtu resursi, ko tērēt, mēs zinām, kas ir jābūvē, un mēs zinām, kā to būvēt. Taču dolāru vai eiro skaits, kas nepieciešams, lai to paveiktu, ir biedējošs.
Ar pietiekamu finansējumu mums ir zināšanas, lai sāktu izveidot sakaru sistēmas, nodrošināt transportu un veidot dzīvotnes uz Marsa. Kings ir pārliecināts, ka tas pat varētu notikt mūsu dzīves laikā: "Ņemot vērā neierobežotus resursus, mēs varētu izveidot šo infrastruktūru desmit gadu laikā."
Redaktoru ieteikumi
- Šis ievērojamais formu mainošais robots kādu dienu varētu doties uz Marsu
- Iepazīstieties ar spēli mainošo metienu robotu, kas var lieliski atdarināt jebkuru cilvēka metienu
- Marsa ūdens karte varētu palīdzēt izvēlēties vietu turpmākajām misijām
- NASA vēlas jūsu palīdzību, lai atrisinātu ilgstošu Marsa noslēpumu
- Apdare: kā zinātnieki robotiem piešķir cilvēkiem līdzīgas taustes sajūtas
