พบกับผู้บุกเบิกหุ่นยนต์ที่จะช่วยให้เราตั้งอาณานิคมบนดาวอังคาร

จากการที่นาซ่ากำลังจะเกิดขึ้น ภารกิจดวงจันทร์สู่ดาวอังคาร สู่แผนการอันทะเยอทะยานของ Elon Musk ใช้ยานอวกาศ SpaceX เพื่อตั้งอาณานิคมบนดาวอังคารในที่สุด การแข่งขันเพื่อตั้งถิ่นฐานบนดาวเคราะห์สีแดงได้เริ่มต้นขึ้นแล้ว แต่ก่อนที่มนุษย์จะสามารถเยี่ยมชมดาวอังคารและตั้งฐานทัพระยะยาวใดๆ ที่นั่นได้ เราจำเป็นต้องส่งหน่วยสอดแนมออกไปสำรวจพื้นดินและเตรียมพร้อมสำหรับภารกิจที่มีมนุษย์ประจำ

ผู้บุกเบิกด้านกลไกที่เราจะส่งไปยังดาวอังคารในอีกไม่กี่ปีข้างหน้าจะติดตามเส้นทางยางของนักสำรวจเช่น รถแลนด์โรเวอร์อยากรู้อยากเห็น และ ยานลงจอดเชิงลึกแต่หุ่นยนต์ดาวอังคารรุ่นต่อไปจะใช้ AI ที่ซับซ้อน วิธีการขับเคลื่อนแบบใหม่ และ Smallsats ที่ยืดหยุ่น เพื่อตอบสนองความท้าทายในการตั้งอาณานิคมในโลกใหม่

การออกแบบสำหรับสภาพแวดล้อมของดาวอังคาร

มีความยากลำบากที่แตกต่างกันในการสร้างเครื่องจักรที่สามารถทนต่อสภาพแวดล้อมของดาวอังคารได้ ประการแรก มีความหนาวเย็น โดยมีอุณหภูมิเฉลี่ยประมาณลบ 80 องศาฟาเรนไฮต์และลงไปที่ลบ 190 องศาฟาเรนไฮต์ที่เสา จากนั้นก็มีชั้นบรรยากาศเบาบางซึ่งมีความหนาแน่นเพียงร้อยละ 1 ของชั้นบรรยากาศโลก แล้วก็มีฝุ่นที่น่ารำคาญซึ่งถูกเตะขึ้นมาในการปฏิบัติการใดๆ บนพื้นผิวโลก ไม่ต้องพูดถึงการแผ่รังสีที่รุนแรงจากรังสีดวงอาทิตย์

สภาพแวดล้อมเหล่านี้สร้างปัญหาให้กับหุ่นยนต์ ตั้งแต่การเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิซึ่งเป็นสาเหตุให้เกิดกลไก ขยายตัวและหดตัวและสึกหรอเมื่อเวลาผ่านไป ฝุ่นจึงเข้าไปในเกียร์ซึ่งป้องกันการใช้งานแบบสัมผัส การหล่อลื่น

“มันเป็นสภาพแวดล้อมที่มีเอกลักษณ์และสุดขั้วมาก แม้กระทั่งสำหรับหุ่นยนต์อวกาศ” Al Tadros รองประธานฝ่ายอวกาศกล่าว โครงสร้างพื้นฐานและอวกาศของ Maxar Technologies ซึ่งเป็นบริษัทที่สร้างแขนหุ่นยนต์ให้ รถแลนด์โรเวอร์ดาวอังคารของ NASA แขนหุ่นยนต์ของ Maxar ไม่เพียงแต่จะต้องสามารถอยู่รอดในสภาพแวดล้อมที่เลวร้ายนี้เท่านั้น แต่ยังต้องทำงานต่างๆ เช่น การขุดและการขุดเจาะ ซึ่งทำให้สามารถสืบสวนทางวิทยาศาสตร์ได้

ข้อควรพิจารณาอีกประการหนึ่งคือการจำกัดน้ำหนัก เมื่อชิ้นส่วนต้องถูกส่งไปยังดาวอังคารด้วยจรวด ทุก ๆ กรัมจะต้องได้รับการพิจารณาและคำนึงถึง และนั่นจำเป็นต้องเลือกสรรวัสดุอย่างระมัดระวัง “สิ่งที่เราทำส่วนใหญ่ใช้อะลูมิเนียมหลายประเภท” Tadros อธิบาย “เรายังใช้ไทเทเนียมและในบางกรณีก็ใช้คาร์บอนไฟเบอร์ ขึ้นอยู่กับการใช้งาน” เทคนิคอื่นๆ ในการลดน้ำหนัก ได้แก่ การลดน้ำหนักบางส่วน ส่วนที่ไม่จำเป็นต้องมีโครงสร้างแข็งแรงมากนัก เช่น ความยาวของแขนหุ่นยนต์ที่สามารถทำจากคอมโพสิตเมทริกซ์รังผึ้งได้ หลอด

ให้หุ่นยนต์สำรวจด้วยตัวเอง

เมื่อยานสำรวจถูกส่งไปยังพื้นผิวดาวอังคาร ก็สามารถเริ่มการสำรวจได้ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากระยะทางจากโลก วิศวกรจึงไม่สามารถควบคุมรถแลนด์โรเวอร์ได้โดยตรง ในทางกลับกัน หุ่นยนต์มีระดับความเป็นอิสระในการสำรวจ โดยที่ NASA ใช้คำสั่งกำกับดูแล

“พวกเขาสามารถบอกให้รถแลนด์โรเวอร์ไปห้าเมตรในทิศทางนี้” Tadros กล่าวเป็นตัวอย่าง หากมีปัญหาในการรันคำสั่งนั้น รถแลนด์โรเวอร์จะหยุดและรอคำแนะนำเพิ่มเติม “มันค่อนข้างจะพื้นฐานในแง่นั้น แต่ในอนาคต ความปรารถนาคือการมีอิสระบนเรือเพื่อให้รถแลนด์โรเวอร์รับรู้ว่า "โอ้ ฉันบอกให้ไปห้าเมตร แต่ที่นี่มีก้อนหินอยู่" ฉันจะไปทางนี้เพราะฉันรู้ว่าภูมิประเทศเปิดอยู่'”

ด้วยแผนที่และความรู้ในท้องถิ่น รถแลนด์โรเวอร์จะสามารถนำทางด้วยตนเองได้ ในที่สุดพวกเขาก็จะสามารถดำเนินการทางวิทยาศาสตร์ได้ด้วยตนเอง ดังนั้นนักวิทยาศาสตร์เพียงแค่ต้องระบุคำสั่งเช่น "ค้นหาหินชนิดนี้" จากนั้นรถแลนด์โรเวอร์ก็สามารถค้นหาและวิเคราะห์ตัวอย่างได้ เอกราชประเภทนี้กำลังได้รับการวางแผนไว้แล้วโดยเป็นส่วนหนึ่งของภารกิจทางจันทรคติของ NASA ที่กำลังจะมาถึง วีเปอร์ โรเวอร์ทาดรอสกล่าว “มันจะเป็นการสำรวจอย่างรวดเร็ว โดยพิจารณาและกำหนดลักษณะหินใหม่และหินเพื่อค้นหาน้ำแข็งและวัสดุอื่นๆ”

ด้วยหุ่นยนต์อย่าง VIPER และ มาร์สคอปเตอร์ เปิดตัวโดยเป็นส่วนหนึ่งของโครงการ Mars 2020 เราสามารถคาดหวังได้ว่าเครื่องจักรจะสอดแนมและสำรวจดาวอังคาร ค้นหาข้อมูลเกี่ยวกับทรัพยากรในท้องถิ่นและอันตรายที่จะช่วยหรือขัดขวางการอยู่รอดของมนุษย์บน ดาวเคราะห์.

การสร้างระบบกำหนดตำแหน่งดาวอังคาร

การรู้ว่ามนุษย์สามารถลงจอดบนดาวอังคารได้อย่างปลอดภัยที่ไหน และรู้ว่าทรัพยากรที่พวกเขาต้องการได้ที่ไหนถือเป็นก้าวแรกสู่การล่าอาณานิคม แต่ความแตกต่างที่แท้จริงระหว่างการเยี่ยมชมและการพำนักระยะยาวบนดาวเคราะห์ดวงอื่นนั้นเป็นเรื่องของโครงสร้างพื้นฐาน ตั้งแต่น้ำไปจนถึงการสื่อสารไปจนถึงการสร้างที่อยู่อาศัย เราจะต้องค้นหาวิธีจัดหาสิ่งจำเป็นพื้นฐานของชีวิตอย่างยั่งยืน

วิธีหนึ่งในการตั้งค่าโครงสร้างพื้นฐานเบื้องต้นคือการใช้ดาวเทียมขนาดเล็กหรือดาวเทียมขนาดเล็ก “หากคุณคิดที่จะตั้งอาณานิคมบนดาวอังคาร ที่ซึ่งดาวเทียมขนาดเล็กเข้ามากำลังตั้งค่าโครงสร้างพื้นฐานให้ อาณานิคม” แบรด คิง ซีอีโอของ Orbion ซึ่งเป็นบริษัทที่สร้างระบบขับเคลื่อนที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นกล่าว ตัวเล็ก “เราต้องการเครือข่ายการสื่อสารบนดาวอังคาร ทั้งระหว่างจุดสองจุดบนดาวอังคารและจากดาวอังคารกลับมายังโลก บนโลก เราได้แก้ไขปัญหาเหล่านี้มากมายด้วยดาวเทียมที่โคจรรอบโลกของเรา”

Smallsats สามารถทำหน้าที่ที่คล้ายกันบนดาวอังคารได้โดยการตั้งค่าดาวอังคารให้เทียบเท่ากับ GPS - เราสามารถเรียกมันว่า Mars Positioning System พวกเขายังสามารถสำรวจพื้นผิวโลกเพื่อเตรียมพื้นที่สำหรับมนุษย์ที่จะมาถึง

การเดินทางจาก A ไป B

ปัญหาคือการส่งดาวเทียมจากโลกไปยังดาวอังคารด้วยวิธีการที่เหมาะสม ตามเนื้อผ้า ยานจะถูกเคลื่อนย้ายไปในอวกาศโดยใช้แรงขับทางเคมี นั่นคือการเผาไหม้เชื้อเพลิงเพื่อสร้างแรงผลักดัน นี่เป็นวิธีที่ดีเยี่ยมในการสร้างแรงขับจำนวนมาก เช่น แรงขับที่จำเป็นสำหรับจรวดที่จะออกจากชั้นบรรยากาศของโลกและทำให้มันขึ้นสู่อวกาศ แต่ต้องใช้เชื้อเพลิงจำนวนมหาศาล ถึงขนาดที่ส่วนที่ใหญ่ที่สุดของจรวดสมัยใหม่เป็นเพียงถังเชื้อเพลิงเท่านั้น

ทางเลือกที่ถูกกว่าสำหรับการเคลื่อนที่ในอวกาศคือการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า ซึ่งใช้พลังงานแสงอาทิตย์เพื่อยิงสารเฉื่อย เช่น ซีนอน ออกจากด้านหลังของยาน วิธีนี้จะประหยัดน้ำมันสูงทำให้สามารถเดินทางระยะไกลโดยใช้เชื้อเพลิงน้อยมาก ข้อเสียคือวิธีการขับเคลื่อนนี้มีแรงขับต่ำจึงใช้เวลานานกว่าจะถึงจุดหมายปลายทาง การส่งยานจากโลกไปยังดาวอังคารโดยใช้แรงขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าอาจใช้เวลาไม่กี่ปี เมื่อเทียบกับการขับเคลื่อนด้วยสารเคมีซึ่งการเดินทางจะใช้เวลาราวหกถึงเก้าเดือน

อย่างไรก็ตาม หลักการนี้ไม่ได้ใช้เฉพาะกับยานไร้คนขับขนาดเล็กเท่านั้น ข้อได้เปรียบที่ชัดเจนของการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าคือสามารถขยายขนาดได้อย่างมีประสิทธิภาพมาก: "เทคโนโลยีขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าทำงานได้ดียิ่งขึ้นเมื่อมีขนาดใหญ่ขึ้น" คิงกล่าว “ตามหลักการแล้ว ไม่มีอะไรจำกัดการขยายขนาดของระบบขับเคลื่อนไฟฟ้าไปสู่ภารกิจขนาดใหญ่มากที่มีลูกเรือ คุณเพิ่งเริ่มเผชิญกับอุปสรรคทางเศรษฐกิจเพราะคุณกำลังสร้างยานขนาด Battlestar Galactica เพื่อไปถึงที่นั่น”

ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าถูกนำมาใช้ในโครงการต่างๆ เช่น ยานฮายาบูสะขององค์การอวกาศญี่ปุ่น ซึ่งเพิ่งไปเยือนดาวเคราะห์น้อยที่อยู่ห่างไกลเมื่อเร็วๆ นี้ ริวกู. และมีแผนสำหรับยานขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าเพิ่มเติมในโครงการในอนาคต เช่น องค์ประกอบกำลังและแรงขับ โมดูล (PPE) ของสถานี Lunar Gateway ของ NASA ซึ่งใช้ระบบขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าพลังงานแสงอาทิตย์ และจะมีประสิทธิภาพมากกว่าความสามารถในปัจจุบันถึง 3 เท่า

ขี่รถบัส

การปล่อยและลงจอดบนดาวเคราะห์ยังคงต้องใช้แรงขับทางเคมี แต่การเดินทางระหว่างนั้นอาจมีประสิทธิภาพมากกว่ามาก คิงแนะนำว่ายานพาหนะสำหรับลูกเรือหรือรถบรรทุกสินค้าที่ไม่ขับเคลื่อนสามารถถูกใส่เข้าไปในวงโคจรปั่นจักรยานที่ผ่านโลกและดาวอังคาร “จากนั้นคุณก็สามารถส่งของขึ้นและ “นั่งรถบัส” ไปยังดาวอังคารได้โดยไม่ต้องใช้แรงขับเคลื่อน” เขาอธิบาย มีการใช้ระบบที่คล้ายกันนี้แล้วสำหรับ กล้องโทรทรรศน์อวกาศเคปเลอร์ซึ่งใช้เชื้อเพลิงน้อยมากหลังจากที่ปล่อยเข้าสู่วงโคจรเฮลิโอเซนตริกที่ตามรอยโลก

แน่นอนว่าการเดินทางจากโลกสู่ดาวอังคารเป็นเพียงส่วนหนึ่งของการเดินทางเท่านั้น เมื่อยานมาถึงดาวอังคาร มันจะต้องชะลอความเร็วลงและเข้าสู่วงโคจร ในการชะลอความเร็วของยาน โดยทั่วไปมีสองวิธี: การใช้เครื่องขับดันถอยหลังซึ่งต้องใช้เชื้อเพลิง และการใช้เบรกแบบแอโรเบรก อย่างหลังคือการที่ยานจุ่มลงสู่ชั้นบรรยากาศด้านนอกของดาวอังคาร โดยใช้การลากตามหลักอากาศพลศาสตร์เพื่อลดพลังงานของยานพาหนะมากพอที่เมื่อมันออกมาจากชั้นบรรยากาศก็สามารถเข้าสู่วงโคจรได้

แนวคิดเรื่องการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้าค่อนข้างจะแปลกไปในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา แต่ด้วยโครงการใหม่เหล่านี้ แนวคิดดังกล่าวจึงถูกย้ายเข้าสู่กระแสหลัก “ตอนนี้กำลังถูกนำไปใช้ในวงกว้าง มันเหมือนกับการเปลี่ยนการเดินทางทางอากาศจากเครื่องบินขับเคลื่อนด้วยใบพัดไปเป็นเครื่องบินเจ็ท” คิงกล่าว

เซ็นเซอร์และ AI

เราจึงสามารถส่งหุ่นยนต์ไปสำรวจพื้นผิวและดาวเทียมเพื่อตั้งค่าโครงสร้างพื้นฐานได้ เรายังสามารถเคลื่อนย้ายสิ่งก่อสร้างขนาดมหึมา เช่น ที่อยู่อาศัย ผ่านอวกาศโดยใช้เชื้อเพลิงน้อยที่สุดโดยการขับเคลื่อนด้วยไฟฟ้า แต่ความท้าทายของการล่าอาณานิคมบนดาวอังคารไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อมนุษย์ครอบครองถิ่นที่อยู่บนโลกเท่านั้น ประเด็นสำคัญประการหนึ่งคือวิธีการรักษาแหล่งที่อยู่อาศัยและโครงสร้างต่างๆ ไว้เป็นเวลานานในระหว่างที่สิ่งปลูกสร้างเหล่านั้นจะไม่มีคนอยู่ ตัวอย่างเช่น โครงการที่วางแผนไว้ เช่น สถานี Lunar Gateway ของ NASA มีแนวโน้มที่จะถูกครอบครองเพียง 20 ถึง 30 แห่งเท่านั้น เปอร์เซ็นต์ของเวลา และเราสามารถคาดหวังอัตราการครอบครองดาวอังคารที่ใกล้เคียงหรือต่ำกว่าได้ แหล่งที่อยู่อาศัย

แหล่งที่อยู่อาศัยนอกโลกจำเป็นต้องสามารถติดตามและแก้ไขตัวเองได้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อมนุษย์ที่ใกล้ที่สุดอยู่ห่างออกไปหลายล้านไมล์ และเพื่อสิ่งนั้นจึงจำเป็นต้องมี AI

ระบบที่เพิ่งเปิดตัวไปยังสถานีอวกาศนานาชาติอาจเป็นพื้นฐานสำหรับการตรวจสอบที่อยู่อาศัยของ AI ของบ๊อช ระบบซาวด์ซี ประกอบด้วยเพย์โหลดที่ประกอบด้วยไมโครโฟน 20 ตัว กล้อง 1 ตัว และเซ็นเซอร์สิ่งแวดล้อมสำหรับบันทึกอุณหภูมิ ความชื้น และความดัน เซ็นเซอร์เหล่านี้รวบรวมข้อมูลเกี่ยวกับสภาพแวดล้อม โดยเฉพาะข้อมูลด้านเสียง ซึ่งสามารถใช้เพื่อแจ้งปัญหาได้

“หากคุณจินตนาการว่ามีการรั่วไหลในสถานี ไม่เพียงแต่จะมีเสียงอัลตราโซนิกเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการสูญเสียแรงดันด้วย” Jonathan Macoskey นักวิทยาศาสตร์การวิจัยของ Bosch อธิบาย “หากเราเห็นทั้งการสูญเสียแรงดัน เสียงอัลตราโซนิก และปัจจัยอื่นๆ นั่นเป็นวิธีระบุปัญหาที่เป็นรูปธรรม”

แน่นอนว่าการรั่วไหลใน ISS จะต้องดัง ชัดเจน และน่าทึ่ง แต่ความล้มเหลวของเครื่องจักรจำนวนมาก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่ไม่มีคนควบคุม เกิดจากการเสื่อมสภาพอย่างค่อยเป็นค่อยไปเมื่อเวลาผ่านไป AI สามารถใช้เพื่อรับรู้สิ่งเหล่านี้ได้ Samarjit Das นักวิจัยหลักของ SoundSee กล่าว ไม่ใช่การเพิ่ม เซ็นเซอร์มากขึ้นหรือดีกว่า แต่ใช้ข้อมูลเซ็นเซอร์อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อค้นหารายละเอียดที่ละเอียดอ่อน รูปแบบ

“เครื่องจักรไม่เพียงแค่พังทันทีจากดีไปสู่แย่” Das กล่าว “มีการสึกหรอลงเรื่อยๆ เมื่อเวลาผ่านไป ลองนึกถึงระบบที่คุณอาจต้องการตรวจสอบใน ISS เช่นลู่วิ่ง เกียร์ภายในจะค่อยๆ ลดลงเมื่อเวลาผ่านไปตามการใช้งาน เราในฐานะมนุษย์ไม่ได้ยินสิ่งที่ผิดปกติเกิดขึ้นที่นั่น แต่เมื่อคุณแปลสิ่งนั้นเป็นข้อมูลเมื่อเวลาผ่านไป AI จะมองเห็นการเปลี่ยนแปลงเล็กๆ น้อยๆ เหล่านั้นที่เบี่ยงเบนไปจากบรรทัดฐาน”

อย่าจินตนาการถึงเรือและแหล่งที่อยู่อาศัยในอนาคตที่ควบคุมโดย AI ทั้งหมด หรือแย่กว่านั้นคือ AI สีแดงอย่าง HAL ในปี 2001 “เซ็นเซอร์และ AI จะไม่เข้ามาแทนที่มนุษย์โดยสิ้นเชิงและทำให้ทุกอย่างเป็นอัตโนมัติ” Das กล่าว “AI เป็นแนวป้องกัน” Macoskey เห็นด้วย: "เรามองว่า AI เป็นเครื่องมือที่ช่วยให้เกิดสิ่งใหม่ๆ ในลักษณะเดียวกับที่กล้องจุลทรรศน์ทำให้มนุษย์สามารถมองดูสิ่งมีชีวิตขนาดเล็กจิ๋วได้"

การตั้งอาณานิคมบนดาวอังคารเป็นไปได้

ด้วยสภาพแวดล้อมและความยากลำบากด้านลอจิสติกส์เหล่านี้ การส่งมนุษย์ไปยังดาวอังคารอาจดูเหมือนเป็นเรื่องยากลำบาก ไม่ต้องพูดถึงการสร้างฐานถาวรหรือกึ่งถาวรใดๆ ที่นั่น แม้ว่าสิ่งเหล่านี้จะเป็นความท้าทายร้ายแรง แต่วิธีแก้ปัญหาก็มีอยู่ในรูปแบบของ AI หุ่นยนต์ และวิธีการขับเคลื่อน ซึ่งกำลังได้รับการทดสอบเพื่อใช้ในโครงการอวกาศในอนาคต

“ผมเชื่อว่าการตั้งอาณานิคมบนดาวอังคารไม่ใช่ปัญหาทางเทคโนโลยี แต่เป็นประเด็นทางเศรษฐกิจ” คิงกล่าว “หากเรามีทรัพยากรที่จะใช้จ่าย เราก็รู้ว่าต้องสร้างอะไรและเรารู้วิธีสร้างมัน แต่จำนวนดอลลาร์หรือยูโรที่ต้องใช้ในการทำเช่นนั้นเป็นเรื่องที่น่ากังวล”

ด้วยเงินทุนที่เพียงพอ เราจึงมีความรู้ในการเริ่มต้นสร้างระบบการสื่อสาร ช่วยให้สามารถขนส่งได้ และสร้างที่อยู่อาศัยบนดาวอังคาร King มั่นใจว่าสิ่งนี้สามารถเกิดขึ้นได้ในช่วงชีวิตของเรา: “ด้วยทรัพยากรที่ไม่จำกัด เราสามารถตั้งค่าโครงสร้างพื้นฐานนี้ได้ภายในหนึ่งทศวรรษ”

คำแนะนำของบรรณาธิการ

• หุ่นยนต์เปลี่ยนรูปร่างอันน่าทึ่งนี้สามารถมุ่งหน้าไปยังดาวอังคารได้ในวันหนึ่ง
• พบกับหุ่นยนต์ขว้างที่พลิกเกมได้ซึ่งสามารถเลียนแบบการขว้างของมนุษย์ได้อย่างสมบูรณ์แบบ
• แผนที่น้ำของดาวอังคารสามารถช่วยเลือกสถานที่สำหรับภารกิจในอนาคตได้
• NASA ต้องการความช่วยเหลือจากคุณในการไขปริศนาเกี่ยวกับดาวอังคารอันยาวนาน
• สัมผัสสุดท้าย: วิธีที่นักวิทยาศาสตร์ให้ประสาทสัมผัสสัมผัสเหมือนมนุษย์กับหุ่นยนต์