Centura de asteroizi este plină de oportunități și necunoscute, bogată în resurse și mistere științifice.
Cum aterizați și vă mișcați în siguranță pe aceste corpuri minuscule? Aceasta este o întrebare pe care mulți ingineri au luat-o în considerare. Atunci când roboții hardware convenționali aterizează pe suprafața unui asteroid fragil, există un risc mare ca aceștia să distrugă structura suprafeței, făcând imposibilă obținerea de mostre valide sau efectuarea unei detectări susținute.
Un nou tip de „robot moale” ar putea oferi o descoperire pentru misiunile cu asteroizi.
01 Asteroid fragil se confruntă cu o problemă de aterizare grea
Aterizarea unei nave spațiale robotizate în siguranță pe Lună sau pe planetă este deja foarte dificilă. Aterizarea pe un asteroid este și mai dificilă.
Spre deosebire de planetele gigantice. Gravitația la suprafață a asteroizilor este extrem de slabă, poate chiar câteva milioanemi din cea a Pământului. Mediul de microgravitație aduce mari provocări pentru aterizarea și activitățile navelor spațiale. Metoda tradițională de „aterizare dură”, bazată pe propulsoare, este dificil de realizat un control precis și este ușor să distrugi structura de suprafață liberă a asteroidului, ceea ce va afecta grav studiul compoziției și istoriei evoluției asteroidului.
Misiunea OSIRIS-REx a NASA a adoptat o abordare foarte conservatoare a asteroidului Bennu. „Nu am vrut să ne confruntăm cu incertitudinea contactului real cu suprafața mai mult decât era necesar”, a spus Moreau. Așa că au conceput o schemă pentru a spiona asteroidul în 16 secunde cu un braț lung de prelevare de probe.
Cu tehnologia actuală, suntem încă departe de o adevărată „aterizare” de asteroid.
02 Slow Landing: Viziunea unui robot moale
Având în vedere caracteristicile mediului microgravitațional, echipa profesorului Jay McMahon de la Universitatea din Colorado a propus o idee îndrăzneață: dezvoltarea „roboților moi” – AoES, pentru a realiza o aterizare moale a asteroizilor. Acest robot folosește pe deplin forțele slabe, cum ar fi adsorbția electromagnetică și aderența electrostatică pentru activități de aterizare și de suprafață, nu trebuie să se bazeze pe propulsori și ancorare mecanică și poate obține o aterizare liniștitoare cu „coliziune zero”.
Robotul moale este proiectat sub formă de petale multiple, asemănător cu nuferii. Petalele sunt realizate din material elastic care poate acoperi suprafețe mari din suprafața asteroidului fără a deteriora topografia suprafeței și, de asemenea, se pot roti și întinde, folosind viteza orbitală și presiunea radiației solare pentru a-și regla orbita și a încetini.
Roboții moi pot folosi distribuția sarcinii de suprafață a asteroizilor pentru adsorbția electromagnetică. Suprafața asteroidului este umplută cu diverse particule de praf, care creează distribuții complexe de sarcină și câmpuri electrice, la fel cum gecoșii folosesc interacțiuni moleculare pentru a se atașa de perete, roboții moi se pot atașa de suprafața asteroidului controlând norul de încărcare al asteroidului. niste petale.
Un alt mod de atașare este folosirea forței electrostatice. Deși forța electrostatică de pe suprafața asteroidului este slabă, robotul moale poate acumula suficientă aderență electrostatică prin suprafața imensă. Reglarea încărcării unor petale permite robotului moale să se miște. Acest mod de mișcare nu necesită propulsie cu combustibil și nu provoacă contaminarea secundară a asteroidului.
03 Monitorizarea pe termen lung și utilizarea resurselor
Dacă aterizarea moale are succes, roboții moi vor putea opera pe suprafața asteroidului pentru o lungă perioadă de timp pentru a efectua o varietate de explorări științifice. Poate fi punctat cu senzori la suprafață pentru a monitoriza câmpurile magnetice, fluxul de căldură, distribuția sarcinii și alte informații pentru a dezvălui mecanismul de formare și istoria evoluției asteroidului. Pe termen lung, acest lucru este de mare importanță pentru dezvoltarea și utilizarea resurselor de asteroizi
04 Dificultăți tehnice: navigație, putere și control
Conceptul de utilizare a roboților moi pentru a ateriza pe asteroizi este foarte atractiv, dar se confruntă și cu multe provocări tehnice, cele mai critice probleme fiind navigarea și controlul.
Pentru a realiza o aterizare precisă și o navigație la suprafață în mediul complex și necunoscut de asteroizi, roboții moi trebuie să aibă capacități de evitare a obstacolelor și de planificare autonomă. În comparație cu corpul rigid, dinamica și sistemul de control al robotului moale este mai complex. Fiecare deformare a brațului petalei va schimba distribuția generală a masei și parametrii dinamici. Algoritmul de control trebuie să fie eficient și precis și să aibă suficientă adaptabilitate la mediul necunoscut.
Zborurile spațiale de lungă durată reprezintă, de asemenea, provocări serioase pentru materialele și structurile roboților moi. Trebuie să poată rezista la radiații mari și la diferențe extreme de temperatură și să aibă capacitatea de a se auto-repara în caz de defecțiune.
Reducerea masei și îmbunătățirea rezistenței structurale este o altă provocare care trebuie depășită în acest domeniu. Pentru a funcționa în medii cu microgravitație extremă, roboții moi trebuie să fie subțiri și ușori, dar o structură prea slabă este dificil de alimentat în miscare și sarcini de eșantionare, așa că trebuie să asigure rezistența și rigiditatea necesare pentru a îndeplini sarcina fără a adăuga prea multă masă.
05 Viitorul poate fi așteptat
În ciuda provocărilor, visul unei aterizări domoale continuă să conducă progresul și inovația în acest domeniu. Echipa Universității din Colorado, care a primit un grant de cercetare NASA din 2017, explorează în prezent dacă o parte din tehnologia sa soft robotică ar putea servi la întreținerea sateliților pe orbită și la curățarea deșeurilor spațiale.
Rămâne de văzut dacă roboții moi vor fi capabili să fie pionier în explorarea asteroizilor pentru oameni.