362
Інженери взяли участь у змаганнях, щоб випробувати роботизовані прототипи амбітної концепції місії — рій підводних дослідників, які шукають ознаки життя в чужих океанських світах. У майбутніх місіях NASA до Європи будуть розгорнуті вдосконалені роботи, щоб досліджувати її крижані океани. Роботи, які є частиною проекту SWIM, пройшли ретельні випробування на Землі та шляхом моделювання для роботи в позаземних умовах.
Досліджуючи Європу: амбітна місія NASA
Коли Europa Clipper NASA прибуде до супутника Юпітера Європи у 2030 році, він здійснить 49 обльотів, використовуючи набір потужних наукових інструментів для пошуку доказів того, що океан під крижаною корою Європи може підтримувати життя. Космічний корабель, який стартував 14 жовтня, оснащений найпередовішими науковими технологіями, які коли-небудь відправлялися в зовнішню частину Сонячної системи. Проте, навіть починаючи свою місію, команди NASA вже розробляють наступне покоління роботів-дослідників, щоб зануритися глибше в прихований океан Європи та за його межі, розсуваючи межі наукових відкриттів.
Одна з таких інноваційних концепцій називається SWIM, скорочення від Sensing With Independent Micro-swimmers. Цей проект передбачає розміщення групи крихітних самохідних роботів, кожен розміром із мобільний телефон. Ці роботи будуть доставлені в підповерхневий океан кріоботом, який тане лід. Після того, як їх звільнять, вони будуть розсіюватися і досліджувати, шукаючи хімічні та температурні сигнали, які могли б вказувати на наявність життя.
«Люди можуть запитати, чому NASA розробляє підводного робота для дослідження космосу? Це тому, що в Сонячній системі є місця, куди ми хочемо піти, щоб шукати життя, і ми вважаємо, що життя потребує води. Тому нам потрібні роботи, які можуть досліджувати це середовище — автономно, за сотні мільйонів миль від дому», — сказав Ітан Шалер, головний дослідник SWIM у Лабораторії реактивного руху НАСА в Південній Каліфорнії.
У процесі розробки в JPL серія прототипів концепції SWIM нещодавно випробовувала воду 25-ярдового (23-метрового) басейну для змагань у Каліфорнійському технологічному інституті в Пасадені. Результати були обнадійливими.
Практика ПЛАВАННЯ
Остання ітерація команди SWIM – це надрукований на 3D-принтері пластиковий прототип, який базується на недорогих комерційно виготовлених двигунах і електроніці. Підштовхуваний двома гвинтами з чотирма заслінками для керування, прототип демонстрував контрольоване маневрування, здатність залишатися на місці та коригувати свій курс, а також дослідницьку схему «газонокосарка» вперед-назад. Він керував усім цим автономно, без прямого втручання команди. Робот навіть написав «JPL».
На випадок, якщо робота знадобиться врятувати, його прикріпили до волосіні, і під час кожного тесту інженер, який тягнув вудку, бігав уздовж басейну. Поруч колега переглядав дії робота та дані датчиків на ноутбуці. Команда виконала понад 20 раундів тестування різних прототипів у басейні та в парі танків у JPL.
«Приголомшливо створювати робота з нуля й бачити, як він успішно працює у відповідному середовищі», — сказав Шалер. «Підводні роботи загалом дуже важкі, і це лише перший у серії проектів, над якими нам доведеться працювати, щоб підготуватися до подорожі в океанський світ. Але це доказ того, що ми можемо створювати цих роботів із необхідними можливостями та починаємо розуміти, з якими проблемами вони зіткнуться під час підземної місії».
До автономного дослідження океану
Клиноподібний прототип, який використовувався в більшості випробувань басейну, мав довжину близько 16,5 дюймів (42 сантиметри) і важив 5 фунтів (2,3 кілограма). За задумами для космічних польотів, роботи мали б приблизно втричі менші розміри — крихітні порівняно з існуючими дистанційно керованими та автономними підводними науковими апаратами. Плавці розміром з долоню матимуть мініатюрні, спеціально сконструйовані частини та використовуватимуть нову бездротову підводну акустичну систему зв’язку для передачі даних і тріангуляції їхнього положення.
Цифрові версії цих маленьких роботів пройшли власне випробування не в басейні, а в комп’ютерній симуляції. У середовищі з таким самим тиском і силою тяжіння, з якими вони, ймовірно, зіткнулися б на Європі, віртуальний рій 5-дюймових (12-сантиметрових) роботів кілька разів шукав потенційні ознаки життя. Комп’ютерне моделювання допомогло визначити межі здатності роботів збирати наукові дані в невідомому середовищі, а також призвело до розробки алгоритмів, які дозволили б рою досліджувати більш ефективно.
Моделювання також допомогло команді краще зрозуміти, як максимізувати наукову віддачу, враховуючи компроміси між часом автономної роботи (до двох годин), об’ємом води, яку можуть досліджувати плавці (близько 3 мільйонів кубічних футів, або 86 000 кубічних метрів), і кількість роботів в одному рої (дюжина, відправлена в чотири-п’ять хвиль).
Крім того, команда співробітників з Georgia Tech в Атланті виготовила та випробувала датчик складу океану, який дозволить кожному роботу одночасно вимірювати температуру, тиск, кислотність або лужність, провідність і хімічний склад. Цей чіп площею лише кілька квадратних міліметрів є першим, який поєднує всі ці датчики в одному крихітному корпусі.
Звичайно, така передова концепція потребує ще кількох років роботи, серед іншого, щоб бути готовим до можливої майбутньої місії польоту на крижаний Місяць. Тим часом Шалер уявляє, що роботи SWIM можуть бути вдосконалені для наукової роботи прямо тут, удома: для підтримки океанографічних досліджень або проведення критичних вимірювань під полярним льодом.
Детальніше про SWIM
SWIM — це інноваційний проект NASA, яким керує Лабораторія реактивного руху Каліфорнійського технологічного інституту (JPL) і фінансується через програму NASA Innovative Advanced Concepts (NIAC), яка сприяє розвитку далекоглядних ідей для майбутнього дослідження космосу. Проект передбачає рій маленьких автономних плаваючих роботів, призначених для дослідження підповерхневих океанів на крижаних супутниках, таких як Європа, у пошуках ознак життя. Ці роботи розміром із мобільний телефон, доставлені кріоботом, що плавить лід, розповсюджуватимуться, щоб виявляти хімічні та температурні сигнали, які можуть вказувати на придатність для проживання чи життя.
SWIM, який підтримується Фазою I та II NIAC в рамках Управління місій NASA з космічних технологій, є частиною програми, яка оцінює передові технології, здатні трансформувати майбутні місії. Дослідники з уряду США, промисловості та академічних кіл заохочуються вносити пропозиції до цієї ініціативи, розширюючи межі аерокосмічної галузі та дослідження космосу.
