Asteroidivöö on täis võimalusi ja tundmatut, rikas ressursside ja teaduslike saladuste poolest.
Kuidas nendel pisikestel kehadel maanduda ja turvaliselt ringi liikuda? See on küsimus, mida paljud insenerid on mõelnud. Kui tavalised riistvararobotid maanduvad hapra asteroidi pinnale, on suur oht, et nad hävitavad pinna struktuuri, muutes kehtivate proovide võtmise või püsiva tuvastamise võimatuks.
Uut tüüpi "pehme robot" võib anda läbimurde asteroidide missioonidele.
01 Habras asteroid seisab silmitsi raske maandumise probleemiga
Robot-kosmoselaeva ohutu maandumine Kuule või planeedile on juba väga keeruline. Asteroidile maandumine on veelgi keerulisem.
Erinevalt hiidplaneetidest. Asteroidide pinnagravitatsioon on äärmiselt nõrk, võib-olla isegi mõni miljondik Maa omast. Mikrogravitatsioonikeskkond toob kosmoselaevade maandumisele ja tegevusele suuri väljakutseid. Traditsioonilise "kõva maandumise" meetodiga, mis tugineb tõukuritele, on raske saavutada täpset juhtimist ning asteroidi lahtist pinnastruktuuri on lihtne hävitada, mis mõjutab tõsiselt asteroidi koostise ja evolutsiooniajaloo uurimist.
NASA OSIRIS-RExi missioon lähenes asteroid Bennule väga konservatiivselt. "Me ei tahtnud tegelda pinnaga tegeliku kokkupuute ebakindlusega kauem kui vaja," ütles Moreau. Nii töötasid nad välja skeemi, kuidas pika proovivõtuvarrega 16 sekundiga asteroidi järele luurata.
Praeguse tehnoloogiaga oleme tõelisest asteroidi "maandumisest" veel kaugel.
02 Aeglane maandumine: nägemus pehmest robotist
Pidades silmas mikrogravitatsioonikeskkonna omadusi, on Colorado ülikooli professor Jay McMahoni meeskond esitanud julge idee: "pehmete robotite" - AoES-i arendamise, et saavutada asteroidide pehme maandumine. See robot kasutab maandumisel ja pinnal toimimisel täielikult ära nõrku jõude, nagu elektromagnetiline adsorptsioon ja elektrostaatiline adhesioon, ei pea toetuma raketikütustele ja mehaanilisele ankurdamisele ning suudab saavutada "nullkokkupõrke" rahustava maandumise.
Pehme robot on kujundatud mitme kroonlehe kujul, mis sarnaneb vesiroosidega. Kroonlehed on valmistatud elastsest materjalist, mis suudab katta suuri alasid asteroidi pindalast ilma pinna topograafiat kahjustamata, samuti võivad nad pöörlema ja venitada, kasutades orbiidi kiirust ja päikesekiirguse rõhku oma orbiidi reguleerimiseks ja aeglustamiseks.
Pehmed robotid saavad elektromagnetilise adsorptsiooni jaoks kasutada asteroidide pinnalaengu jaotust. Asteroidi pind on täidetud erinevate tolmuosakestega, mis tekitavad keerulisi laengujaotusi ja elektrivälju, nii nagu gekod kasutavad seinale kinnitumiseks molekulaarset interaktsiooni, saavad asteroidi pinnale kinnituda ka pehmed robotid, kontrollides laengupilve. mõned kroonlehed.
Teine võimalus kinnitamiseks on kasutada elektrostaatilist jõudu. Kuigi elektrostaatiline jõud asteroidi pinnale on nõrk, suudab pehme robot koguda piisavalt elektrostaatilist adhesiooni läbi tohutu pinna. Mõne kroonlehe laengu reguleerimine võimaldab pehmel robotil liikuda. See liikumisviis ei vaja kütuse tõukejõudu ega põhjusta asteroidi sekundaarset saastumist.
03 Pikaajaline seire ja ressursside kasutamine
Kui pehme maandumine õnnestub, saavad pehmed robotid asteroidi pinnal pikka aega tegutseda, et teha mitmesuguseid teaduslikke uuringuid. Selle pinnale saab lisada andureid, et jälgida magnetvälju, soojusvoogu, laengu jaotust ja muud teavet, et paljastada asteroidi moodustumise mehhanism ja evolutsiooni ajalugu. Pikemas perspektiivis on sellel suur tähtsus asteroidiressursside arendamiseks ja kasutamiseks
04 Tehnilised raskused: navigeerimine, toide ja juhtimine
Pehmete robotite kasutamise kontseptsioon asteroididele maandumiseks on väga atraktiivne, kuid see seisab silmitsi ka paljude tehniliste väljakutsetega, kõige kriitilisemad probleemid on navigeerimine ja juhtimine.
Täpse maandumise ja pinnal navigeerimise saavutamiseks keerulises ja tundmatus asteroidikeskkonnas peavad pehmed robotid olema takistuste vältimise ja autonoomse planeerimise võimega. Võrreldes jäiga korpusega on pehme roboti dünaamika ja juhtimissüsteem keerulisem. Iga kroonlehe varre deformatsioon muudab üldist massijaotust ja dünaamilisi parameetreid. Juhtimisalgoritm peab olema tõhus ja täpne ning piisava kohanemisvõimega tundmatu keskkonnaga.
Pikaajalised kosmoselennud seavad tõsiseid väljakutseid ka pehmete robotite materjalidele ja konstruktsioonidele. See peab vastu pidama suurele kiirgusele ja äärmuslikele temperatuuride erinevustele ning tal peab olema rikke korral iseparandusvõime.
Massi vähendamine ja konstruktsiooni tugevuse parandamine on veel üks väljakutse, mis tuleb selles valdkonnas läbi murda. Ekstreemsetes mikrogravitatsioonikeskkondades töötamiseks peavad pehmed robotid olema õhukesed ja kerged, kuid liiga nõrk konstruktsioon on liikumis- ja proovivõtuülesannete täitmiseks keeruline, mistõttu peab see tagama ülesande täitmiseks vajaliku tugevuse ja jäikuse ilma liigset massi lisamata.
05 Tulevikku võib oodata
Vaatamata väljakutsetele juhib unistus pehmest maandumisest jätkuvalt selles valdkonnas edusamme ja uuendusi. Colorado ülikooli meeskond, kes on saanud NASA uurimistoetust alates 2017. aastast, uurib praegu, kas osa selle pehmest robootikatehnoloogiast võiks teenida orbiidil satelliitide hooldust ja kosmosejäätmete puhastamist.
Jääb näha, kas pehmed robotid suudavad inimeste jaoks asteroidide uurimisel pioneeriks teha.