Упознајте роботске пионире који ће нам омогућити да колонизујемо Марс

Из НАСА-иног предстојећег Мисија Месец на Марс амбициозним плановима Елона Маска да користите СпацеКс Старсхип да би на крају колонизовали Марс, трка за насељавање Црвене планете је већ у току. Али пре него што људи могу да посете Марс и тамо поставе било какву дугорочну базу, морамо да пошаљемо извиђаче да виде терен и да га припремимо за мисије са посадом.

Механички пионири које ћемо слати на Марс у наредним годинама пратиће трагове гума истраживача попут Цуриосити ровер анд тхе Инсигхт лендер, али следећа генерација марсовске роботике ће користити софистицирану вештачку интелигенцију, нове методе погона и флексибилне мале сателите како би одговорила на изазове колонизације новог света.

Дизајнирање за окружење Марса

Постоје изразите потешкоће у изградњи машина које могу да издрже марсовско окружење. Прво, ту је хладноћа, са температурама у просеку око минус 80 степени Фаренхајта и спуштањем на минус 190 степени целзијуса на половима. Затим ту је танка атмосфера, која је само један проценат густине Земљине атмосфере. А ту је и проблематична прашина која се диже у било којој операцији на површини планете, а да не спомињемо интензивно зрачење сунчевих зрака.

Ови услови околине стварају проблеме за роботику, од температурних варијација које узрокују механизме до шире се и скупљају и тако се хабају током времена, да би прашина ушла у зупчанике што спречава коришћење изложених подмазивање.

„То је веома јединствено и екстремно окружење, чак и за свемирску роботику“, рекао је Ал Тадрос, потпредседник за свемир Инфраструктура и цивилни простор у компанији Макар Тецхнологиес, ​​која је компанија која прави роботске руке за НАСА-ини Марсови ровери. Макарове роботске руке морају бити способне не само да преживе ово сурово окружење, већ и да обављају задатке попут копања и бушења који омогућавају научна истраживања.

Друго питање је ограничење тежине. Када се део мора испоручити на Марс преко ракете, сваки грам треба узети у обзир и узети у обзир, а то захтева пажљив одабир материјала. „Много онога што радимо користи различите врсте алуминијума“, објаснио је Тадрос. „Такође користимо титанијум и у неким случајевима користимо угљенична влакна, у зависности од примене. Остали трикови за уштеду тежине укључују издубљивање неких делови који не морају да буду тако структурно јаки, као што је дужина роботске руке која би могла да се направи од композита матрице саћа цеви.

Пустите роботе да сами истражују

Када ровер буде испоручен на површину Марса, може да почне да истражује. Међутим, због удаљености од Земље, инжењерима није изводљиво да директно контролишу ровере. Уместо тога, роботи имају одређени степен аутономије у својим истраживањима, а НАСА врши надзорну команду.

„Могу да кажу роверу да иде пет метара у овом правцу“, каже Тадрос као пример. Ако постоји проблем при извршавању те команде, ровер ће се зауставити и сачекати додатна упутства. „То је прилично рудиментарно у том смислу. Али у будућности, жеља је да има аутономију на броду како би ровер препознао „Ох, речено ми је да идем пет метара, али овде је стена. Ићи ћу около у овом правцу јер знам да је терен отворен.”

Уз мапу и локално знање, ровери ће моћи да обављају самонавигацију. Они ће чак на крају моћи да обављају науку аутономно, тако да би научници требали само да наведу команду попут „пронађи ову врсту камена“ и ровер би могао да лоцира и анализира узорак. Ова врста аутономије се већ планира као део НАСА-ине предстојеће лунарне мисије ВИПЕР ровер, рекао је Тадрос. „То ће бити брза истрага, посматрање и карактеризација реголита и стена како би се потражио лед и други материјали.

Са роботиком као што је ВИПЕР и Марсцоптер лансирајући као део пројекта Марс 2020, можемо очекивати да машине извиђају и истражују Марс, сазнавање о локалним ресурсима и опасностима које ће помоћи или отежати опстанак људи на Планета.

Изградња система за позиционирање Марса

Знати где људи могу безбедно да слете на Марс и где могу да лоцирају ресурсе који су им потребни је први корак ка колонизацији. Али права разлика између посете и дугорочног боравка на другој планети је питање инфраструктуре. Од воде до комуникација до изградње станишта, мораћемо да пронађемо начин да обезбедимо основне животне потребе на одржив начин.

Један од метода за постављање ране инфраструктуре је коришћење малих сателита или малих сателита. „Ако размишљате о колонизацији Марса, где мали сателити долазе је постављање инфраструктуре за колонију“, рекао је Бред Кинг, извршни директор Орбиона, компаније која ствара ефикасније погонске системе за смаллсатс. „Потребне су нам комуникационе мреже на Марсу, како између две тачке на Марсу, тако и са Марса назад на Земљу. На Земљи смо решили многе од ових проблема са сателитима у орбити око наше планете."

Мали сателити би могли да испуне сличне функције на Марсу, постављањем Марсовог еквивалента ГПС-у – могли бисмо га назвати Марсов систем позиционирања. Они такође могу да извиђају површину планете, припремајући подручје за људе који долазе.

Долазак од А до Б

Проблем је добијање сателита са Земље на Марс на приступачан начин. Традиционално, летелице су се кретале кроз свемир путем хемијског погона - то јест, сагоревања горива да би се створио потисак. Ово је одличан начин за стварање великих количина потиска, као што је потисак потребан да би ракета напустила Земљину атмосферу и стигла у свемир. Али потребна је огромна количина горива, до те мере да је највећи део модерних ракета једноставно резервоар за гориво.

Јефтинија алтернатива за кретање кроз свемир је електрични погон, који користи соларну енергију да избаци инертну супстанцу попут ксенона из задњег дела летелице. Ова метода је веома економична и омогућава путовање на велике удаљености са врло мало горива. Недостатак је што је овај метод погона мали потисак, па је потребно дуже да се стигне на одредиште. Слање летелице са Земље на Марс помоћу електричног погона могло би потрајати неколико година, у поређењу са хемијским погоном са којим би путовање трајало око шест до девет месеци.

Међутим, овај принцип се не односи само на мале беспилотне летелице. Изразита предност електричног погона је у томе што се веома ефикасно повећава: „Технологија електричног погона боље функционише што је већа“, рекао је Кинг. „У принципу, ништа не ограничава повећање електричног погона на веома велике мисије са посадом. Само почињете да наилазите на економске препреке јер градите летелицу величине Баттлестар Галацтица да бисте стигли тамо.“

Електрични погон је коришћен у пројектима попут летелице Хајабуса Јапанске свемирске агенције, која је недавно посетила удаљени астероид Риугу. И постоји више планова за пловила на електрични погон у будућим пројектима, као што је снага и погонски елемент (ППЕ) модул НАСА-ине Лунар Гатеваи станице који користи соларни електрични погон и биће три пута снажнији од тренутних могућности.

Вожња аутобусом

Лансирање и слетање на планете и даље ће захтевати хемијски погон, али путовање између њих би могло бити далеко ефикасније. Кинг сугерише да би непропулзивно возило за посаду или теретно возило могло да се стави у бициклистичку орбиту која иде поред Земље и Марса. „Онда можете у суштини да пошаљете ствари и ’возите се аутобусом‘ до Марса, без потребе за погоном“, објаснио је он. Сличан систем је већ коришћен за Свемирски телескоп Кеплер, који је потрошио врло мало горива након лансирања у хелиоцентричну орбиту која се вуче за Земљу.

Наравно, долазак од Земље до Марса је само део путовања. Када летелица стигне на Марс, треба да успори и уђе у орбиту. Да бисте успорили летелицу, обично постоје две методе: коришћење обрнутих потисника који захтевају гориво и кочење у ваздуху. Ово последње је место где летелица урања у спољашњу атмосферу Марса, користећи аеродинамички отпор да смањи енергију возила довољно да када изађе из атмосфере, може да уђе у орбиту.

Концепт електричног погона је био помало маргиналан у последњих неколико деценија, али са овим новим пројектима је прешао у мејнстрим. „Сада се примењује у великим размерама – то је као прелазак ваздушног саобраћаја са авиона на млазне авионе“, рекао је Кинг.

Сензори и АИ

Тако да можемо послати роботе да извиђају површину и сателите да поставе инфраструктуру. Могли бисмо чак и да померамо огромне конструкције попут станишта кроз свемир користећи минимално гориво кроз електрични погон. Али изазови колонизације Марса се не јављају само када људи заправо заузимају станиште на планети. Једно од главних питања је како се станишта и структуре могу одржавати током дугих периода током којих ће бити ненасељени. Планирани пројекти попут НАСА-ине станице Лунар Гатеваи, на пример, вероватно ће бити заузети само 20 до 30 проценат времена, и можемо очекивати сличне или чак ниже стопе попуњености потенцијалног Марса станишта.

Станишта ван планета морају бити у стању да се надгледају и поправљају, посебно када је најближи човек удаљен милионима миља. А за то је потребна АИ.

Систем који је недавно лансиран на Међународној свемирској станици могао би да пружи основу за праћење станишта АИ. Босцх'с СоундСее систем састоји се од терета који садржи 20 микрофона, камере и сензора животне средине за снимање температуре, влажности и притиска. Ови сензори прикупљају податке о окружењу, посебно акустичне информације, које се могу користити за означавање проблема.

„Ако замислите да постоји цурење у станици, не само да би било ултразвучних тонова, већ и губитка притиска“, објаснио је истраживач Босцх Џонатан Мекоски. "Ако видимо и губитак притиска и ултразвучни тон и друге факторе, то је конкретан начин да се идентификује проблем."

Наравно, цурење у ИСС би било гласно, очигледно и драматично. Али многи кварови машина, посебно у окружењима без посаде, настају због постепеног деградације током времена. АИ се може користити да осети ове ствари, рекао је главни истраживач СоундСее-а Самарјит Дас, а не додавањем више или боље сензоре, већ ефикасније коришћење података сензора за тражење суптилних узорци.

„Машине се не кваре одмах од добре до лоше“, рекао је Дас. „Постоји постепено хабање током времена. Замислите систем који бисте можда желели да надгледате на ИСС-у као траку за трчање. Зупчаници унутра полако деградирају током времена док се користе. Ми као људи не можемо да чујемо да тамо нешто иде по злу, али када то преведете у податке током времена, АИ може уочити те суптилне промене у одступању од норме.

Немојте замишљати будуће бродове и станишта које у потпуности контролише АИ, или још горе, црвена вештачка интелигенција попут ХАЛ-а из 2001. „Сензори и вештачка интелигенција неће у потпуности заменити људе и све аутоматизовати“, рекао је Дас. "АИ је линија одбране." Мацоскеи се сложио: „Видимо АИ као алат који омогућава нове ствари на исти начин на који је микроскоп омогућио људима да гледају микроскопске организме.

Колонизација Марса је могућа

Уз све ове еколошке и логистичке потешкоће, могло би изгледати као да је слање људи на Марс уопште дуга шанса, а камоли успостављање било какве сталне или полусталне базе тамо. Иако су ово озбиљни изазови, решења постоје у облику вештачке интелигенције, роботике и погонских метода које се сада тестирају за употребу у будућим свемирским пројектима.

„Верујем да колонизација Марса није технолошко, већ економско питање“, рекао је Кинг. „Ако бисмо имали ресурсе да потрошимо, знамо шта треба да се изгради и знамо како да то изградимо. Али број долара или евра који је потребан за то је застрашујући.

Уз довољно средстава, имамо знање да започнемо постављање комуникационих система, омогућавање транспорта и изградњу станишта на Марсу. Кинг је уверен да би се то могло догодити чак и током нашег живота: „С обзиром на неограничене ресурсе, могли бисмо да успоставимо ову инфраструктуру за деценију.“

Препоруке уредника

• Овај изузетан робот који мења облик могао би једног дана да се упути на Марс
• Упознајте робота за бацање који мења игру и може савршено да опонаша било које људско бацање
• Водена карта Марса могла би да помогне у одабиру локација за будуће мисије
• НАСА жели вашу помоћ да реши трајну мистерију Марса
• Завршни додир: Како научници дају роботима људска тактилна чула