НАСА хочет исследовать далекие океанские планеты с помощью этих роботов

В глубинах космоса, в нашей Солнечной системе и за ее пределами, существует огромное разнообразие миров. Есть газовые планеты-гиганты, большие, чем Юпитер, и чрезвычайно горячие планеты, которые вращаются так близко к своим звездам, что год длится всего несколько дней. Существуют океанские миры, множество лун и тел, хранящих интригующие загадки.

Таким образом, агентства разрабатывают способы исследования этих мест, выходящие за рамки орбитальных космических кораблей или наземных вездеходов, которые наиболее часто используются сегодня. Учитывая важность жидкой воды для поддержания жизни, одним из типов мира, который особенно интересно исследовать в поисках потенциальных признаков жизни, являются водные миры, которые частично или полностью покрыты океанами.

Но как исследовать океанский мир? Вы можете посмотреть с орбиты и таким образом собрать некоторые данные. Именно так миссия JUICE Европейского космического агентства планирует изучить ледяные спутники Юпитера, и именно так миссия НАСА Europa Clipper будет изучать, в частности, один из этих спутников. Оба должны прибыть в систему Юпитера в 2030-х годах и должны помочь принести новые знания об этих странных мирах, где огромные океаны скрыты под толстыми ледяными панцирями.

Но чтобы получить более глубокую информацию, нужно идти глубже — в буквальном смысле. Следующий этап роботизированных исследований океанских миров — разработка подводных исследователей. Именно над этим сейчас работают НАСА и другие космические агентства.

НАСА работает над концепцией миссии под названием SWIM, или «Зондирование с помощью независимых микропловцов». Идея состоит в том, чтобы создать целый рой подводных роботов, которые смогут работать вместе, чтобы исследовать большие территории. Каждый робот будет крошечным — размером с мобильный телефон — и сможет передвигаться по воде в поисках информации.

А что касается ледяных корок, которые существуют во многих водных мирах, SWIM будет включать в себя более крупного робота, плавящего лед, который будет приземляться на ледяную корку, пробивать во льду дыру, а затем доставлять меньшие роевые роботы.

«Люди могут спросить, почему НАСА разрабатывает подводного робота для исследования космоса? Это потому, что в Солнечной системе есть места, куда мы хотим отправиться в поисках жизни, и мы думаем, что для жизни нужна вода. Поэтому нам нужны роботы, которые могут исследовать эту среду. — автономно, в сотнях миллионов миль от дома», — объяснил Итан Шалер, главный исследователь SWIM в Лаборатории реактивного движения НАСА.

Роботы настолько развиты, что прототип уже прошел испытания в подводных условиях здесь, на Земле. На видео НАСА показано, как прототип, изготовленный с использованием 3D-печати и коммерческих деталей, проходит испытания в 25-метровом бассейне Калифорнийского технологического университета. Робот является автономным, что позволяет ему управлять и двигаться по мере необходимости, и первые результаты являются многообещающими.

Текущая конструкция робота относительно проста: в ней используются готовые детали, которые не дороги и поэтому с ними легко экспериментировать. У робота есть два пропеллера для маневрирования в воде, а также четыре закрылка, помогающие направлять его в правильном направлении.

Большая часть разработок сосредоточена на программном обеспечении, которое позволяет роботу исследовать автономно. Текущие примеры, такие как марсоход Perseverance на Марсе, работают с автономным управлением, а марсианский вертолет Ingenuity использует автономный полет. Это важно не только потому, что люди не видят, с какими препятствиями могут столкнуться эти исследователи, но и из-за задержки связи между Землей и этими далекими мирами. Вождение в реальном времени невозможно, поэтому роботы должны уметь управлять самостоятельно.

В случае с роботами SWIM протестированный прототип мог оставаться на заданном курсе и корректировать его по мере необходимости, а также выполнять заданную схему исследования, и все это автономно. Однако в случае возникновения проблем под рукой находился инженер с рыболовной сетью, готовый выхватить робота, если он попадет в затруднительное положение.

«Это потрясающе — создать робота с нуля и увидеть, как он успешно работает в соответствующей среде», — сказал Шалер. «Подводные роботы в целом очень сложны, и это лишь первый из серии проектов, над которыми нам придется работать, чтобы подготовиться к путешествию в океанский мир. Но это доказательство того, что мы можем построить этих роботов с необходимыми возможностями. и начать понимать, с какими проблемами они столкнутся во время подземной миссии».

Прототип робота примерно в три раза больше, чем запланировано для миссии, поэтому предстоит проделать большую работу, чтобы сделать его более компактным. Кроме того, все, что отправляется в космос, особенно исследователь, который окажется за пределами орбиты Земли и который невозможно отремонтировать, должно быть изготовлено из готовых к использованию в космосе деталей. Это означает, что космические корабли обычно собираются с использованием специально изготовленных компонентов, которые более долговечны, чем все, что имеется в продаже. Им необходимо множество резервных копий, чтобы обеспечить резервирование в случае сбоя какой-либо части оборудования.

Существует также проблема того, как роботы будут общаться под водой. Планируется использовать беспроводную систему подводной акустической связи, которая позволит каждому роботу отправлять данные другим членам роя и определять свое положение. Программное обеспечение, позволяющее стае действовать сплоченно, также находится в разработке, а компьютерное моделирование используется для завершения алгоритмов эффективного исследования.

И, конечно же, во время всех этих исследований необходимо собирать научные данные, поэтому инженеры Технологического института Джорджии в Атланте работают над одним датчиком, который может обнаруживать такие факторы, как температура, давление, химический состав и многое другое, чтобы узнать о океанская среда в других мирах. Концепция SWIM в настоящее время находится в стадии разработки в рамках программы НАСА «Инновационные передовые концепции» (NIAC).